KR20210035397A - 연료 정제용 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불순물 제거 효율이 우수한 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법에 관한 것이다.

Description

연료 정제용 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법{FUEL FILTER FOR FUEL PURIFICATION AND METHOD OF REMOVING FUEL IMPURITY}
본 발명은 연료 내 불순물 제거 효율이 우수한 연료 정제용 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법에 관한 것이다.
자동차는 일반적으로 엔진에 연료를 공급하기 위하여 연료가 저장되는 연료탱크 및 상기 연료 탱크에서 연료를 엔진으로 공급하기 위하여 연료 펌프가 설치되어있다. 이러한 구조에서 상기 연료 탱크에 저장되고, 엔진에 공급되는 연료에는 이물질 또는 불순물이 포함될 수 있다.
이물질 또는 불순물이 포함된 연료를 엔진에 공급하게 되면 연료 펌프 및 엔진에 악영향을 미칠 수 있기 때문에 이물질 또는 불순물 여과가 반드시 필요하고, 연료 펌프 내에 연료 필터가 이를 위하여 필수적으로 부착하여 사용되고 있다.
기존의 연료 필터는 메쉬 구조의 직물을 연료 유입방향에 대하여 가장 근접한 최외층에 필수로 구성하여 사용되었다. 직물은 평균기공크기가 120㎛이상이기 때문에 필터링 기능을 하기 보다는 원단 보호 기능이 크다. 아울러, 직물이 최외층인 경우, 근접한 부직포에서 이물질 포집이 집중되어 이물질 막힘으로 인한 수명이 현저히 저감된다.
구체적으로, 기존의 연료필터는 연료의 유동방향에 따라, 순차적으로 기공크기가 150㎛이상의 직물, 기공크기가 평균 30㎛인 중간층 부직포 및 마지막층 부직포를 적층하여 융착하여 하나의 원단으로 고착시켜서 사용하였다.
이 때, 최외층의 직물은 중간층을 보호 기능을 하고, 상기 중간층 부직포는 자동차 연료탱크 내에 있는 30㎛ 이상의 이물질이 연료펌프로 유입되지 않도록 걸러주는 역할을 하며, 상기 마지막층 부직포는 중간층 부직포에서 발생되는 이물(실밥) 생성을 방지하는 역할을 하였다.
이와 같은 원단 중 최외층 및 마지막층 부직포는 중간층 부직포를 보호하거나 그 형태를 유지하는 역할을 할 수 있을 뿐 필터링 효과가 현저히 낮아, 중간층 부직포에 집중적으로 이물질 또는 불순물이 포집되는 구조를 가져 연료 필터의 수명이 단축될 수 밖에 없는 문제점을 갖는 구조였다.
더욱이, 자동차 구조상 연료 필터는 연료 펌프에 모듈화되어 연료 탱크 내에 장착되어 제공됨으로써, 정기적으로 연료 필터만 교환할 수 없는 형태로 되어있어 연료 필터가 막혀 고장이 나면 연료 펌프 모듈전체를 교환하는 결과를 초래한다. 이는 결국 연료 필터의 수명은 연료 펌프의 수명을 좌우하는 것으로, 이 때문에, 연료 펌프 모듈 내에서 허용되는 공간을 최대한 확보하여 필터의 크기(필터의 면적)를 증대시켜 제조하려는 노력을 하고 있으나, 그 한계성으로 인하여 제약이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 연료 필터의 수명을 증대시키는 방법으로 연료 펌프 및 엔진의 불량 및 고장을 방지할 수 있고, 필터의 수명을 현저히 향상시킬 수 있는 고효율의 연료필터에 대한 개발이 필요한 실정이다.
이에 본 발명자들은 부직포를 최외층로 하였을 때, 평균기공크기가 60㎛이상의 이물질도 필터링이 가능하며, 원단보호도 동시에 구현할 수 있어 필터 수명을 현저히 늘릴 수 있고, 필터링 부분에서 이물질을 최외층과 중간층에 균일하게 분산되어 불순물을 포집할 수 있어 필터의 부하를 저감시킬 수 있음을 확인하였다.
또한, 본 발명자들은 연료 필터의 수명 향상 및 불순물에 대한 제거 효율이 우수할 뿐만 아니라, 더 나아가 10 내지 40㎛이하의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율도 현저히 우수한 연료 필터를 발견하여 본 발명을 완성하였다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 불순물 제거 효율이 우수하고, 수명이 현저히 향상된 연료 필터를 제공하는 것이다. 더욱이, 30㎛이하의 크기를 갖는 불순물 제거 효율도 우수한 연료 필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 알코올 성분을 포함하는 바이오 연료에서도 우수한 불순물 제거효율을 구현할 수 있고, 생산성 향상 및 원가절감이 탁월한 연료 필터를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 연료 필터로 유입된 연료 내의 불순물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 폴리아미드계(나일론) 재질이 아닌 폴리올레핀계, 더 나아가 폴리프로필렌 재질을 사용함으로 알코올 성분을 포함하는 바이오연료에서 내연료성이 우수하며, 생산성 향상 및 원가절감이 탁월한 연료 필터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 연료 필터는 연료가 유입되는 유입부(100) 및 필터가 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터로서, 상기 몸체부(200)는 모듈(300)이 구비되고, 상기 모듈(300)은 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 상기 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 몸체부(200)의 내부에 지지부(400)가 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 삼중 필터는 스펀본드 부직포 및 니들펀칭 부직포 평량비가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
상기 식 1에 있어서,
상기 A는 제1스펀본드 부직포 및 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이고, 상기 B는 니들펀칭 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 삼중 필터는 양면의 스펀본드 부직포 평량비가 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00002
상기 식 2에 있어서,
상기 C는 제1스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이며, 상기 D는 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 삼중 필터는 두께가 500㎛이상일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 제1스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 100㎛이하일 수 있고, 상기 니들펀칭 부직포(320)는 평균기공 크기가 50㎛이하일 수 있으며, 상기 제2스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100㎛이상일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 삼중 필터는 각각 폴리올레핀계 부직포일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 상기 모듈(300)은 불순물 입자 평균 크기가 10㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 25%이상일 수 있다.
본 발명에 또 다른 양태는 연료가 유입되는 유입부(100) 및 상기 유입부(100)와 결합되고, 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 모듈(300)이 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터에 연료를 유입하여 불순물을 제거하는 연료 불순물 제거 방법이다.
본 발명에 따른 연료 필터는 수명이 향상되어 장기적인 사용이 가능하고, 불순물 제거 효율이 우수하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 필터는 알코올 성분에 대한 강한 내성으로 알코올 성분을 포함하는 바이오 연료에서도 우수한 불순물 제거효율을 구현할 수 있고, 생산성 향상 및 원가절감이 탁월하다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료 불순물 제거방법은 30㎛이하의 크기를 갖는 불순물 제거 효율이 우수하다는 장점이 있다. 더욱이, 10㎛이하, 나아가 5㎛이하의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율도 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 필터를 도시화한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 삼중 필터 구조의 단면을 도시화한 것이다.
이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 연료 정제용 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 참조일 뿐 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현 될 수 있다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
본 명세서에서 “스펀본드(Spunbond) 부직포”는 연속적인 필라멘트(장섬유)로 방사하여 적층한 부직포 웹을 의미한다.
본 명세서에서 “니들펀칭(Needle punching) 부직포”는 단섬유를 방사하여 형성된 웹의 표면에 대하여 수직, 경사방향 또는 양방향으로 니들의 상하운동을 유도하여 섬유를 서로 엉키게하여 결속된 부직포 웹을 의미한다.
본 명세서에서 “직물”은 복수의 위사와 복수의 경사가 상호 교차하여 격자형을 이루어 다수의 교차점이 형성된 메쉬 형상을 이루도록 실을 엮어 직조한 것을 의미한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연료 필터 및 이를 이용한 연료 불순물 제거방법에 관한 것이다.
본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
상기 목적을 달성하기 위하여 연구한 결과, 본 발명에 따른 연료 필터는 연료가 유입되는 유입부(100) 및 필터가 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터로서, 상기 몸체부(200)는 모듈(300)이 구비되고, 상기 모듈(300)은 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 상기 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 것이다.
구체적으로, 상기 모듈(300)은 연료가 제일 처음 맞닿는 면인 제1스펀본드 부직포(310)를 최외층(Outer)로 구성되고, 다음 중간층으로 니들펀칭 부직포(320)가 구성되며, 최내층(Inner)으로 제2스펀본드 부직포(330)가 구성되어 적층된 삼중 필터를 궂는 것이다.
본 발명에 따른 연료 필터는 불순물 제거 효율이 우수할 뿐만 아니라 장기적인 내구성이 우수하여 수명을 향상시킬 수 있다. 특히, 30㎛이하, 더 나아가 10㎛이하의 크기를 갖는 불순물에 대한 제거 효율이 우수하여 연료 필터 수명 향상에 탁월하다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연료 필터는 도 1에 도시된 바와 같이, 유입부(100)를 통하여 연료가 유입되고, 유입된 연료는 모듈(300)이 구비된 몸체부(200)를 통하여 이물질 또는 불순물을 여과할 수 있다. 이 때, 모듈(300) 내에 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)로 적층된 삼중 필터를 구비함으로써, 상술한 바와 같은 효과를 달성할 수 있는 것이다.
기존의 연료 필터는 직물을 필터 최외층으로 구성하여 단지 중간층을 보호하는 용도에 불과하고, 모든 이물질 또는 불순물이 최외층의 직물을 통과하여 중간층에 포집되므로 높은 저항이 발생하게 하였다. 또한, 불순물 유지용량이 낮고, 장기적으로 사용하였을 때, 연료 필터의 수명이 급격히 저감되는 문제점이 있었다.
이와 달리 본 발명에 따른 연료 필터 내의 삼중 필터는 도 2에 도시된 바와 같이 최외층으로 스펀본드 부직포(310) 및 최내층으로 스펀본드 부직포(330)을 구성하고, 스펀본드 부직포(310, 330) 계면에 니들펀칭 부직포(320)를 구성함으로써, 연료의 이물질 또는 불순물 제거 효율이 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 구체적인 일 예로, 연료의 유동 방향으로 순차적으로 스펀본드 부직포(310)에서 1차 필터링으로 60㎛ 이상의 비교적 큰 이물질이 제거되고, 니들펀칭 부직포(320)에서 2차 필터링으로 30 내지 60㎛의 이물질이 걸러지며, 스펀본드 부직포(330)에서 30㎛ 이하의 이물질이 걸러짐으로써 연료 필터의 수명을 현저히 향상시킬 수 있다. 삼중 필터 전반적으로 균일하게 포집되어 부하가 걸리는 것을 방지하고, 장기 내구성을 가져 우수한 수명 특성을 가질 수 있다. 또한, 미세한 크기의 이물질 또는 불순물 제거 효율 또한 우수하여 연료가 저장되거나 공급되는 연료 펌프 및 엔진의 효율 및 수명을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 연료 필터는 유입부(100)를 통하여 연료 공급이 가능하다면 제공되는 형상은 제한되지 않지만, 예를 들어, 연료 펌프 내에 장착 또는 내장될 수 있고, 또는 연료 펌프와 결합하여 제공될 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유입부(100)는 구체적으로 연료를 주입해주는 연료 펌프의 연료 주입부와 연결 및 결합되어 연료 필터 내로 연료가 유입되는 구성이다. 또한, 상기 유입부(100)는 몸체부(200)와 결합되고, 유입된 연료가 몸체부(200)에 구비된 모듈(300)로 제공되어 연료의 불순물을 여과 및 제거함으로써, 고순도로 정제된 연료를 엔진으로 배출할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 연료 필터는 상기 몸체부(200) 내부에 지지부(400)가 더 형성된 것일 수 있다. 상기 지지부(400)는 몸체부의 연료 유입에 의하여 가해지는 유동압에 의한 변형을 방지할 수 있고, 몸체부(200)의 강도를 부여하여 몸체부(200)의 형상을 유지시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유입부(100), 몸체부(200) 및 지지부(400)는 각각 독립적으로 연료 펌프로부터 가해지는 압력을 견딜 수 있는 강도를 갖는 소재로 제조할 수 있고, 예를 들어, 금속, 고분자 및 세라믹 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 소재로 제조할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 유입부(100), 몸체부(200), 모듈(300) 및 지지부(400)의 형상은 사용하는 용도에 따라 다양한 형성으로 제공할 수 있어 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 모듈(300)은 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 상기 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 것이다.
본 발명에 따른 삼중 필터가 구비된 모듈(300)을 포함함으로써, 연료 내의 미세한 이물질 또는 불순물에 대한 우수한 제거 효율을 구현할 수 있어 연료 필터뿐만 아니라 연료 펌프 및 엔진의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 삼중 필터를 갖는 모듈(300)은 몸체부(200) 내에 구비되는 것으로, 예를 들어, 몸체부(200)에 내장된 것일 수 있고, 몸체부(200)에 부착 또는 결합된 것일 수 있다. 구체적으로는 연료 유동방향에서 연료 배출방향인 몸체부(200)의 하단부에 부착 또는 결합되어 연료가 모듈(300)을 지나 연료가 엔진으로 배출될 수 있다. 또는 몸체부(200)에 내장될 경우 연료의 유동방향에 따라 연료를 엔진으로 배출할 수 있는 배출부를 별도로 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 모듈(300)은 연료가 먼저 맞닿는 부분 순으로 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 상기 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 것으로, 상기와 같은 적층구성과 상이하게 구성할 경우, 본 발명이 목적으로 하고자 하는 구성을 달성할 수 없다. 즉, 상기와 같은 적층구성을 가지기 때문에, 30㎛이상의 크기를 갖는 큰 이물질 또는 불순물 제거 효율이 우수할 뿐만 아니라 30㎛이하의 크기를 갖는 미세한 우수한 이물질 또는 불순물 제거 효율도 확보할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)는 각각 독립적으로 10 내지 300g/㎡, 더 구체적으로는 10 내지 250g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 구체적으로는 상기 제1스펀본드 부직포(310)는 50 내지 200g/㎡일 수 있고, 바람직하게는 80 내지 150g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 상기 니들펀칭 부직포(320)는 100 내지 400g/㎡일 수 있고, 바람직하게는 100 내지 300g/㎡의 평량을 가질 수 있다.상기 제2스펀본드 부직포(330)는 10 내지 100g/㎡일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 80g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 삼중 필터 내 각각의 부직포에 대하여 상기와 같이 평량을 가질 경우, 연료 유입 시 이물질 또는 불순물의 여과 효율을 현저히 향상시킬 수 있고, 연료의 유동을 방해하지 않고, 막힘이 발생되지 않아 연료 필터의 장기적인 사용이 가능하다. 또한, 삼중 필터의 인장강도 등의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 삼중 필터는 스펀본드 부직포 및 니들펀칭 부직포 간의 평량비가 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure pat00003
상기 식 1에 있어서,
상기 A는 제1스펀본드 부직포 및 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이고, 상기 B는 니들펀칭 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
바람직하게는 상기 식 1은 0.5 내지 2.0을 만족할 수 있고, 더 바람직하게는 0.5 내지 1.5를 만족할 수 있다. 상기와 같은 식 1을 만족하는 삼중 필터를 가질 경우, 30㎛이상의 크기를 갖는 큰 이물질 또는 불순물뿐만 아니라 30㎛이하, 더 나아가 10㎛이하의 크기를 갖는 미세한 불순물의 제거 효율도 탁월하다. 또한, 고순도의 불순물 정제가 가능하여 연료 펌프 및 엔진에 불순물 유입을 원천적으로 차단하여 이에 따른 고장 및 불량 발생률을 현저히 저감시켜 장기적으로 우수한 효율을 구현하며 사용가능하다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 삼중 필터는 양면의 스펀본드 부직포 평량비가 하기 식 2를 만족할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00004
상기 식 2에 있어서,
상기 C는 제1스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이며, 상기 D는 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
바람직하게는 상기 식 2는 1.0 내지 3.0을 만족할 수 있고, 더 바람직하게는 1.5 내지 3.0을 만족할 수 있다. 상기와 같은 식 2를 만족하는 삼중 필터를 가질 경우, 연료 유동방향 초입에서 과량의 불순물 또는 이물질을 제거할 수 있고, 이로써 연료 유동압에 의하여 이탈되는 불순물 또는 이물질을 점진적으로 제거하여 불순물 제거 효율의 급진적인 향상을 유도할 수 있다.
더욱이, 상기 식 1 및 2를 동시에 만족할 경우, 전반적으로 불순물 또는 이물질이 균일하게 포집되어 삼중 필터에 부하가 걸리는 것을 방지하고, 장기 내구성을 가져 우수한 수명 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 삼중 필터는 두께가 500㎛이상일 수 있다. 구체적으로는 두께가 500㎛ 내지 3㎜일 수 있고, 바람직하게는 두께가 1 내지 3㎜, 더 바람직하게는 1 내지 2.5㎜일 수 있다. 상기와 같은 두께를 가질 경우, 가솔린, 디젤 등의 연료의 불순물 또는 이물질을 탁월하게 제거할 수 있고, 대용량뿐만 아니라 중, 소용량에서도 우수한 불순물 제거 효율을 구현할 수 있어 사륜차 또는 이륜차 등 대형 또는 소형 자동차 등 다양한 용도의 연료 필터로 적합하게 제공할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제1스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 100㎛이하일 수 있고, 상기 니들펀칭 부직포(320)는 평균기공 크기가 50㎛이하일 수 있으며, 상기 제2스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100㎛이상일 수 있다. 구체적으로는 상기 제1스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 10 내지 100㎛일 수 있고, 상기 니들펀칭 부직포(320)는 평균기공 크기가 10 내지 50㎛일 수 있으며, 상기 제2스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100 내지 300㎛일 수 있다. 바람직하게는 상기 제1스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 60 내지 100㎛일 수 있고, 상기 니들펀칭 부직포(320)는 평균기공 크기가 10 내지 50㎛일 수 있으며, 상기 제2스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100 내지 200㎛일 수 있다. 상기와 같은 평균기공 크기를 가질 경우, 불순물 또는 이물질이 유동방향으로 점진적으로 제거하여 불순물 제거 효율의 급진적인 향상을 유도할 수 있고, 삼중 필커 전반적으로 불순물 또는 이물질이 균일하게 포집되어 삼중 필터에 부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제1스펀본드 부직포(310)의 평균기공 크기는 제2스펀본드 부직포(330)보다 작을 수 있다. 또한, 상기 니들펀칭 부직포(320)의 평균기공 크기는 제1스펀본드 부직포(310)의 평균기공 크기보다 작을 수 있다. 제2스펀본드 부직포(330), 제1스펀본드 부직포(310) 및 니들펀칭 부직포(320)의 순서대로 평균기공 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 제1스펀본드 부직포(310) 및 제2스펀본드 부직포(330)의 섬유 평균직경은 각각 독립적으로 10 내지 50㎛일 수 있고, 바람직하게는 20 내지 40㎛일 수 있다. 상기 니들펀칭 부직포(320)의 섬유 평균직경은 5 내지 50㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 40㎛일 수 있다. 상기와 같은 섬유 평균직경을 가짐으로써, 이물질 또는 불순물 제거 효율이 우수하여 연료가 저장되거나 공급되는 연료 펌프 및 엔진의 효율 및 수명을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 삼중 필터는 각각 폴리올레핀계 부직포일 수 있다. 구체적으로, 폴리올레핀은 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 단량체로부터 유도된 중합체일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌과 C3 이상의 알파올레핀과의 공중합체, 프로필렌과 C4 이상의 알파올레핀의 공중합체 및 에틸렌과 프로필렌에서 선택되는 어느 하나 이상과 디엔계 단량체의 공중합체 등에서 선택되는 것일 수 있다. 바람직하게는 상기 폴리올레핀계 부직포는 폴리프로필렌계 부직포일 수 있다.
기존의 연료 필터는 가솔린, 디젤연료에 대한 내구성이 강하여 폴리아미드계 중합체로 제조된 필터가 구비된 연료 필터를 사용하여 왔다. 그러나 폴리아미드계 중합체는 최근 사용이 증대되고 있는 바이오 에탄올 등의 알코올성 바이오 연료와 더불어 연료 중에 함유된 수분에 대하여 화학적으로 취약한 성질을 가져 사용에 어려움이 있다. 이와 달리 본 발명에 따른 상기 삼중 필터는 폴리올레핀계 부직포로 제조함으로써, 알코올성 바이오 연료에 대한 내성이 강하고, 불순물 제거 효율 및 가격경쟁력에 대하여도 폴리아미드계 중합체 또는 폴리에스테르계 중합체 등 대비 현저히 우수하다.
본 발명에 따른 연료 필터는 연료의 불순물 또는 이물질 제거가 탁월하며, 이는 ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율을 통하여 확인할 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 모듈(300)은 불순물 입자 평균 크기가 10㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 25%이상일 수 있다. 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 27%이상, 더 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 28%이상, 가장 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 30%이상일 수 있다. 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 80이하일 수 있고, 구체적으로 70, 65, 60 또는 55일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 모듈(300)은 불순물 입자 평균 크기가 5㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 8%이상일 수 있다. 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 10%이상, 더 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 11%이상, 가장 바람직하게는 불순물의 제거 효율이 12%이상일 수 있다. 상한은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 50이하일 수 있고, 구체적으로 50, 40, 30 또는 35일 수 있다.
기존에 미세한 불순물 제거가 어려운 연료 필터와 달리 10㎛이하, 더 나아가 5㎛이하의 크기를 갖는 불순물의 제거 또는 여과 특성이 우수하여, 연료 필터의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 더 나아가 상기와 같이 미세한 불순물 또는 이물질이 여과된 연료가 엔진으로 유입됨으로써, 엔진의 고장 및 불량을 현저히 저감시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 연료 필터는 우수한 불순물 제거 효율로 연료 정제가 필요한 다양한 용도에 적용할 수 있으나, 구체적으로는 가솔린, 디젤 등의 연료를 사용하는 자동차용 연료 필터로서 탁월하다.
본 발명에 또 다른 양태는 상기 연료 필터에 연료를 유입하여 불순물을 제거하는 방법으로, 구체적으로 연료가 유입되는 유입부(100) 및 상기 유입부(100)와 결합되고, 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 모듈(300)이 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터에 연료를 유입하여 불순물을 제거하는 연료 불순물 제거 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 연료 필터의 구성을 모두 포함하여 갖춤으로써, 30㎛이하, 더 나아가 10㎛이하의 크기를 갖는 불순물의 제거 또는 여과 특성이 우수하다. 더욱이, 이와 같은 효과는 모듈(300) 내에 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 구성함으로써 달성할 수 있는 것이다.
이하 본 발명을 실시예를 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한 명세서에서 특별히 기재하지 않은 첨가물의 단위는 중량%일 수 있다.
[물성측정방법]
(1) 불순물 제거 효율(%)
실시예 및 비교예로 제조된 필터의 총 불순물 제거 효율은 불순물 입자 평균크기가 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50 및 60㎛인 불순물에 대하여 ISO 19438에 의거하여 측정하였다.
[실시예 1]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 520㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 980㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 318㎛, 평균기공 크기 100㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 1,818㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[실시예 2]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 520㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 100g/㎡, 두께 510㎛, 평균기공 크기 35㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 318㎛, 평균기공 크기 100㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 1,348㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[실시예 3]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 290㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 980㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 290㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 2,040㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[실시예 4]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 200g/㎡, 두께 920㎛, 평균기공 크기 60㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 100g/㎡, 두께 510㎛, 평균기공 크기 35㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 150g/㎡, 두께 870㎛, 평균기공 크기 110㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 2,300㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[실시예 5]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 380㎛, 평균기공 크기 100㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 980㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 520㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 1,880㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[실시예 6]
제1스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2스펀본드 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1스펀본드 부직포(평량 150g/㎡, 두께 780㎛, 평균기공 크기 80㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 100g/㎡, 두께 510㎛, 평균기공 크기 35㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 318㎛, 평균기공 크기 100㎛, 섬유 평균직경 30㎛))를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 1,408㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[비교예 1]
제1니들펀칭 부직포, 스펀본드 부직포 및 제2니들펀칭 부직포 모두 폴리프로필렌으로 제조하였으며, 제1니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 980㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛), 스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 380㎛, 평균기공 크기 70㎛, 섬유 평균직경 30㎛)및 제2니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 980㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 제조된 총 두께가 2,340㎛인 삼중 필터를 수득하였다.
[비교예 2]
상기 실시예 1에서 제1스펀본드 부직포 상에 폴리아미드 6으로 직조된 메쉬 직물(두께 150㎛, 평균기공 크기 160㎛)을 적층하여 총 두께가 2,030㎛인 사중 필터를 제조한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
[비교예 3]
상기 실시예 1에서 제1스펀본드 부직포 상에 폴리프로필렌으로 직조된 메쉬 직물(두께 170㎛, 평균기공 크기 150㎛)을 적층하여 총 두께가 2,050㎛인 사중 필터를 제조한 것을 제외하고는 동일하게 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예로 제조된 연료 필터를 사용하여 입자계수에 따른 불순물 제거 효율을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
불순물 크기에 따른 불순물 제거 효율(%)
5㎛ 10㎛ 15㎛ 20㎛ 25㎛ 30㎛ 40㎛ 50㎛ 60㎛
실시예 1 13.59 30.33 49.32 65.21 75.67 89.27 99.71 100 100
실시예 2 11.41 28.54 49.12 65.11 75.78 89.22 99.67 100 100
실시예 3 11.34 28.23 48.97 64.96 75.56 89.01 99.74 100 100
실시예 4 9.18 27.55 48.64 64.25 75.32 88.41 99.67 100 100
실시예 5 9.95 27.99 48.89 64.51 75.66 88.87 99.62 100 100
실시예 6 8.50 27.11 48.29 64.88 75.21 88.34 99.55 100 100
비교예 1 7.55 24.97 47.87 64.55 75.15 88.25 99.43 100 100
비교예 2 6.25 23.87 46.65 63.34 74.11 88.89 99.28 100 100
비교예 3 6.31 24.13 47.52 64.75 75.03 88.17 99.31 100 100
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 필터는 30㎛이상의 평균크기를 갖는 불순물 제거 효율뿐만 아니라 10㎛, 더 나아가 5㎛ 이하의 평균크기를 갖는 불순물에 대하여도 제거 효율이 탁월한 것을 확인할 수 있었다.
더욱이, 상기 식 1 또는 식 2를 만족할 경우 30㎛이하의 평균크기를 갖는 불순물 제거 효율이 더욱 우수하고, 특히 상기 식 1 및 식 2를 모두 만족할 때, 현저히 향상된 미세한 크기의 불순물 제거 효율을 구현할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명에 따른 평균기공 크기를 만족하는 스펀본드 부직포 및 니들펀칭 부직포를 사용하였을 때, 더욱 우수한 불순물 제거 효율을 구현할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 더욱이, 실시예 5와 같이 제1스펀본드 부직포와 제2스펀본드 부직포의 위치를 실시예 1 대비 적층 순서를 반대로 적용한 것을 비교하면, 실시예 1의 경우 현저히 우수한 불순물 제거 효율 및 부하가 현저히 낮아 장기적 수명이 더욱 향상됨을 확인하였다.
또한, 실시예 1과 같은 구성으로 제조하고, 대신 각 층을 모두 폴리아미드계 중합체로 삼중 필터를 제조하였을 때에는 실시예 1과 유사한 초기 불순물 제거 효율을 구현하지만, 가격경쟁력이 낮을 뿐만 아니라 장기적으로 사용하였을 때, 급격히 불순물 제거 효율이 저감되었다. 또한, 바이오 연료 사용 시에는 알코올에 대한 약한 내성으로 인하여 사용이 어려웠다.
또한, 비교예 1과 같이 삼중 필터의 순서가 본 발명과 상이할 경우 미세한 불순물의 제거 효율은 미미하게 상승하였지만, 내구성이 좋지 않아 큰 저항이 걸려 사용에 어려움이 있었다.
또한, 비교예 2 및 3과 같이 연료의 유입부 방향에 직물을 구성하였을 때, 불순물 유지용량이 낮고, 장기적으로 사용하였을 때, 연료 필터의 수명이 급격히 저감되는 문제점이 있었다.
이상에서 설명된 본 발명은 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 유입부
200 : 몸체부
300 : 모듈
310 : 제1스펀본드 부직포
320 : 니들펀칭 부직포
330 : 제2스펀본드 부직포
400 : 지지부

Claims (9)

  1. 연료가 유입되는 유입부(100) 및 필터가 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터로서,
    상기 몸체부(200)는 모듈(300)이 구비되고,
    상기 모듈(300)은 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 것인 연료 필터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체부(200)의 내부에 지지부(400)가 형성된 것인 연료 필터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 삼중 필터는 스펀본드 부직포 및 니들펀칭 부직포의 평량비가 하기 식 1을 만족하는 연료 필터.
    [식 1]
    Figure pat00005

    상기 식 1에 있어서,
    상기 A는 제1스펀본드 부직포 및 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이고, 상기 B는 니들펀칭 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 삼중 필터는 양면의 스펀본드 부직포 평량비가 하기 식 2를 만족하는 연료 필터.
    [식 2]
    Figure pat00006

    상기 식 2에 있어서,
    상기 C는 제1스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이며, 상기 D는 제2스펀본드 부직포의 총 평량(g/㎡)이다.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 삼중 필터는 두께가 500㎛이상인 연료 필터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 100㎛이하이고,
    상기 니들펀칭 부직포(320)는 평균기공 크기가 50㎛이하이며,
    상기 제2스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100㎛이상인 연료 필터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 삼중 필터는 각각 폴리올레핀계 부직포인 연료 필터.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 모듈(300)은 불순물 입자 평균크기가 10㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 25%이상인 연료 필터.
  9. 연료가 유입되는 유입부(100) 및
    상기 유입부(100)와 결합되고, 제1스펀본드 부직포(310), 니들펀칭 부직포(320) 및 제2스펀본드 부직포(330)가 상기 연료의 유동방향으로 순차적으로 배치되어 서로 접촉되도록 적층된 삼중 필터를 갖는 모듈(300)이 구비된 몸체부(200)를 포함하는 연료 필터에 연료를 유입하여 불순물을 제거하는 연료 불순물 제거 방법.
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Citations (4)

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