KR20210072706A - 필터 요소, 필터, 필터 장치 및 사용 방법 - Google Patents

필터 요소, 필터, 필터 장치 및 사용 방법 Download PDF

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Abstract

다공성 필터 요소 및 상기 다공성 필터 요소를 사용한 여과 방법이 개시되며, 상기 다공성 필터 요소는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공 원통형 다공성 금속 매체를 포함하고, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들을 포함하며, 각각의 주름은, 각각이 약 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들을 포함한다.

Description

필터 요소, 필터, 필터 장치 및 사용 방법{FILTER ELEMENT, FILTER, FILTER DEVICE, AND METHOD OF USE}
유체 (가스 및 액체)를 여과하기 위해 다양한 필터가 이용가능하다. 그러나, 역류에 노출되는 일부 필터를 포함하는 일부 필터는 불충분한 기계적 강도로 인하여 제한된 여과 수명을 나타내고, 및/또는 제조하는 데 비용이 많이 든다.
본 발명은 선행기술의 단점 중 적어도 일부를 개선하는 것을 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 이점은 하기에 제시된 바와 같은 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 일 구현예는 다공성 필터 요소를 제공하며, 상기 다공성 필터 요소는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공 원통형 다공성 금속 매체를 포함하고, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들(pleats)을 포함하며, 각각의 주름은, 각각이 약 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들을 포함한다.
또 다른 구현예에서, 다공성 필터 요소의 일 구현예를 포함하는 다공성 필터가 제공된다. 전형적으로, 다공성 필터의 일 구현예는 함께 연결된 다공성 필터 요소들의 2개 이상의 구현예를 포함한다.
본 발명의 구현예는 또한, 상기 필터를 포함하는 시스템, 및 다공성 필터 요소의 구현예를 통해 유체를 통과시키는 단계를 포함하는 여과 방법을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 사시도로서, 이는 또한 필터 요소의 제1 단부로부터 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들을 도시한다.
도 2a는 도 1에 도시된 필터 요소의 부분 절개 사시도이며, 이는 또한 테이퍼진(tapered) 단부를 도시하고; 도 2b는 도 1에 도시된 필터 요소의 단면도이고; 도 2c는 도 2b에 도시된 원으로 표시된 상세부분의 확대도이고; 도 2d는 도 2b에 도시된 상세부분 F의 확대도이며, 이는 본 발명의 일 구현예에 따른 z 방향 (종방향)에서 주름의 부분들 사이의 간격 및 중심 대 중심 거리를 도시한다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 구현예에 따른 주름의 부분들의 상이한 구성을 예시하며, 주름의 상부를 볼 때, 상이한 구성은 상이한 높이 (H) 대 폭 (W) 종횡비를 갖는다. 도 3a에서, 상기 부분은 1:〉1 (이 도면에서 2:〉1로서 나타내어짐)의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 뾰족한 타원형 외관을 갖고; 도 3b에서, 상기 부분은 1:1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는, 일반적으로 원형의 외관을 갖고; 도 3c에서, 상기 부분은 1:〉1의 높이 대 폭 종횡비 (이 도면에서 2.7:〉1로서 나타내어짐)를 갖는 둥근 타원형 외관을 갖는다.
도 4는 도 1에 예시된 상기 주름의 일부분의 구성의 측면도를 도시하며, 이는 상기 부분의 깊이 및 높이를 도시한다.
도 5는, 폐쇄된 단부를 갖는 필터 요소의 단부도에서, 원주 방향에서의 주름들의 간격을 도시하며, 여기서, 인접하는 주름들 상의 부분들 사이의 간격은 필터 요소의 중심에 대해 약 0.9° 내지 약 180° 범위의 각도 x로 이격될 수 있다.
도 6a 및 6b는 함께 연결된 필터 요소들의 2개의 구현예를 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 필터의 사시도이다. 도 7a는 상부 (개방) 단부를 도시하고, 도 7b는 하부 (폐쇄된 단부)를 도시한다.
도 7a는, 필터 요소의 일 단부에 나사산 단부 피팅(threaded end fitting)을 가지며 나머지 단부는 폐쇄된 필터 요소의 일 구현예를 포함하는, 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 필터의 사시도이다. 도 7b는 나사산 단부 피팅의 사시도를 도시한다.
도 8a는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 필터의 사시도로서, 요소들 중 하나의 일 단부에 나사산 단부 피팅을 가지며 (여기서, 상기 요소의 나머지 단부는 개방됨) 함께 연결된 필터 요소들의 2개의 구현예를 포함하며, 나머지 요소는 개방 단부 (제1 요소의 개방 단부에 연결됨) 및 폐쇄 단부를 갖는다. 도 8b는 도 8a에 도시된 필터의 단면도를 도시하고, 도 8c는 도 8b에서의 상세부분 B의 확대도를 도시하며, 필터 요소와 일체일 수 있거나 또는 제1 필터 요소의 개방 단부에 용접될 수 있는 나사산 피팅을 도시한다.
도 9a는 본 발명의 또 다른 구현예에 따른 필터의 단면도로서, 요소들 중 하나의 일 단부에 벤투리 단부 피팅(venturi end fitting)을 가지며 (여기서, 상기 요소의 나머지 단부는 개방됨) 함께 연결된 필터 요소들의 3개의 구현예를 포함하며, 여기서 중간 요소는 개방 양단부 (제1 및 제3 요소의 개방 단부에 연결됨)를 갖고, 제3 요소는 개방 단부 (중간 요소의 개방 단부에 연결됨) 및 폐쇄 단부를 갖는다. 도 9b는 도 9a의 상세부분 B의 확대도를 도시하며, 이는 함께 용접된 개방 단부를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 복수의 필터를 포함하는 본 발명의 일 구현예에 따른 예시적인 필터 시스템의 다양한 도식을 도시한다. 도 10a는 측단면도를 도시하고; 도 10b는 횡단면 평면도를 도시하고; 도 10c는 횡단면 하면도를 도시한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 다공성 필터 요소가 제공되며, 상기 다공성 필터 요소는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공 원통형 다공성 금속 매체를 포함하고, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들을 포함하며, 각각의 주름은, 각각이 약 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들을 포함한다. 전형적인 구현예에서, 높이 대 폭 종횡비는 약 1:〉1, 바람직하게는 적어도 1.5:〉1, 일부 구현예에서 2:〉1 또는 그 초과이다.
또 다른 구현예에서, 다공성 필터는 다공성 필터 요소의 일 구현예를 포함한다. 다공성 필터는 하나의 필터 요소, 또는 복수의 필터 요소, 예를 들어 적어도 2개의 필터 요소, 적어도 5개의 필터 요소, 적어도 10개의 필터 요소 또는 그 초과를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 다공성 필터의 일 구현예는, 일 단부 또는 양단부에 피팅을 포함하는 적어도 하나의 다공성 필터 요소의 일 구현예를 포함할 수 있다.
필터의 구현예는, 예를 들어 필터 시스템에서 복수의 개별 튜브로서 배열된 하나 이상의 개별 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 구현예는 또한, 상기 필터를 포함하는 필터 시스템, 및 다공성 필터 요소의 구현예를 통해 유체를 통과시키는 단계를 포함하는 여과 방법을 포함한다. 여과 방법의 바람직한 구현예에서, 여과되는 유체는 필터 요소의 외부로부터 내부로 통과된다. 보다 바람직하게는, 유체를 필터 요소를 통해 통과시킴으로써 유체를 여과한 후, 세정 유체를, 예를 들어 역 펄싱(reverse pulsing)을 포함하는 여과의 반대 방향으로 필터를 통해 통과시킨다.
일 구현예에서, 필터 시스템은 수직으로 배열된 복수의 필터들을 포함한다. 상기 시스템의 바람직한 구현예에서, 상기 시스템은 2개 이상의 필터 모듈들을 포함하며, 각각의 필터 모듈은 복수의 필터들을 포함한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 필터 시스템의 일 구현예는 역 펄싱 시스템을 포함한다.
다공성 필터 요소의 부분들의 구성은 다양한 응용에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 가스 스트림 중 고체 미립자를 여과하고, 후속으로 역 펄싱하는 것을 포함하는 일부 응용의 경우, 상기 부분들의 수평 표면을 최소화하는 것 (예를 들어, 높이:폭 종횡비를 1보다 크게 함)이 바람직할 수 있다.
필터 요소의 일 단부 또는 양단부는 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있으며, 예를 들어 일 단부는 개방되고, 나머지 단부는 폐쇄될 수 있다. 일 단부 또는 양단부는 단부 캡을 포함할 수 있으며, 단부 캡은 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있다. 폐쇄된 단부는 필터 요소와 일체일 수 있거나 또는 별도의 단부 캡이 제공될 수 있다. 필터 요소의 일 단부 또는 양단부는 피팅을 포함할 수 있으며, 피팅은 각각의 단부에서 상이할 수 있다.
일부 구현예에서, 필터 요소의 적어도 하나의 단부, 때때로 양단부는, 상기 단부에서의 부분들의 깊이가 밖으로 퍼져(flare out) 필터 요소의 외경(outside diameter)과 만나도록 테이퍼진다(tapered) (예를 들어, 도 2a 참조). 일부 응용에 대해, 목적하는 경우, 이는 증가된 굽힘 강도를 제공할 수 있다.
유리하게는, 본 발명의 구현예에 따른 필터 및 필터 요소는 종래 실린더와 동일한 부피에서 적어도 약 1.2배 (바람직한 구현예에서, 적어도 약 1.5배) 더 큰 면적을 가질 수 있다. 또한, 필터 및 필터 요소는 감소된 용기 (예를 들어, 하우징) 직경을 가능하게 할 수 있으며, 이는 비용 및 차지하는 공간을 감소시킨다.
또 다른 이점에서, 필터 요소는 모듈식 설계를 가질 수 있으며, 다양한 피팅, 예를 들어 미국 관용 테이퍼 (national pipe taper; NPT), 블라인드 단부(blind end) (폐쇄된 단부 캡), 가이드 핀, O-링 등을 구비한 다양한 길이의 필터를 가능하게 한다. 피팅은 소결 전후에 필터 요소에 부착될 수 있다. 2개 이상의 필터 요소를 포함하는 필터의 이러한 구현예에서, 요소들은, 예를 들어 피팅 및/또는 용접을 통해 다양한 방식으로 연결될 수 있다.
특히 산업 응용의 경우, 필터 및 필터 요소는 실험실 시험에서 20,000회 초과의 역류 주기(blowback cycle) 및 200,000회 초과의 피로 주기(fatigue cycle)에 대해 시험되었으며, 탁월한 기계적 강도를 갖는다.
본 발명의 성분들 각각은 이제 하기에서 보다 상세히 설명될 것이며, 유사 성분은 유사 참조 번호를 갖는다.
도 1 및 도 2a에 도시된 예시된 구현예에서, 필터(1000)는 다공성 필터 요소(500)를 포함하며, 상기 다공성 필터 요소(500)는 중공 원통형 다공성 금속 매체(50)를 포함하고, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체(50)는 중공 내부(55)를 획정하는 내부 표면(55A)을 포함하는 중공 내부(55), 제1 단부(51) 및 제2 단부(52)를 갖는다. 필터 요소는, 제1 단부로부터 제2 단부까지 축 A를 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들(100)을 포함하며, 각각의 주름은 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들(150)을 포함한다. 전형적으로, 측면에서 볼 때 (예를 들어, 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이), 상기 부분들의 상부 표면(150A)은 오목하기보다는 약간 볼록하거나 또는 약간 평면이다.
연속적인 부분들 사이에 틈(gap)이 있을 수 있지만, 예시된 구현예에서, 연속적인 부분들은 브릿지(175)에 의해 연결된다. 브릿지의 존재는 요소의 증가된 표면적 및 증가된 기계적 강도를 가능하게 함에 있어서 바람직할 수 있다. 전형적으로, 측면에서 볼 때 (예를 들어, 도 2b 및 2c에 도시된 바와 같이), 브릿지의 상부 표면(175A)은 상기 부분들의 상부 표면(150A)보다 더 낮다.
도 1, 2b 및 2c에 도시된 바와 같이, 내부 표면(55A)은 각각의 부분의 중공 내부(80)와 연통하는 오목한 개구부(75)를 포함하며, 상기 부분들은 상부에서 폐쇄된다 (상부 표면(150A)에 의해 피복됨).
일부 구현예에서, 필터 요소의 적어도 하나의 단부는, 상기 단부에서 상기 부분들의 깊이가 밖으로 퍼져 필터 요소의 외경과 만나도록 테이퍼진다. 도 2a에 도시된 구현예에서, 필터 요소의 단부(51)는 테이퍼(51A)를 가져, 상기 단부에서 부분들(150')의 깊이가 밖으로 퍼져 필터 요소의 외경(51')과 만나게 된다. 목적하는 경우, 필터 요소의 양단부는 유사하게 또는 동일하게 테이퍼질 수 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 필터 또는 필터 요소의 일 단부 또는 양단부는 단부 캡을 포함할 수 있으며, 단부 캡은 개방되거나 또는 폐쇄될 수 있다. 도 2b, 6b, 7a, 8a, 8b 및 9a는 단부 캡(200)을 도시한다. 도 6a, 6b, 7a, 8a, 8b 및 9a에 예시된 구현예에서, 다공성 필터 요소(500)는 단부 캡으로 일 단부에서 폐쇄되고, 도 6a, 6b 및 9a에 예시된 바와 같은 다공성 필터 요소(500A)는 양단부에서 개방된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 필터 또는 필터 요소의 일 단부 또는 양단부는 피팅을 포함할 수 있으며, 예를 들어 도 7a, 8a, 8b 및 9a에 도시된 구현예는 피팅(700), 예를 들어 NPT 701 및 벤처 피팅(venture fitting; 702) (도 9a)을 도시한다.
전형적으로, 일반적인 참조를 위해 도 2d를 사용하면, 연속적인 부분들은 약 0.02 인치 내지 약 2 인치 (약 0.05 cm 내지 약 5.1 cm) 범위의 중심 대 중심 거리 (X)를 갖는다.
전형적으로, 일반적인 참조를 위해 도 4를 사용하면, 부분의 깊이 (D)는 약 0.01 인치 내지 약 2.40 인치 (약 0.03 cm 내지 약 6.1 cm)의 범위일 수 있으며, 부분의 전형적인 높이 (H)는 약 0.03 인치 내지 약 55 인치 (약 0.08 cm 내지 약 140 cm)의 범위일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따른 높이 대 깊이의 비는 전형적으로 약 1:1 내지 약 10:1 범위, 바람직하게는 약 1:1 내지 약 2:1 범위, 일부 구현예에서 약 1.3:1이다.
전형적으로, 일반적인 참조를 위해 도 5를 사용하면, 인접하는 주름들 상의 부분들 사이의 간격은 필터 요소의 중심에 대해 약 0.9° 내지 약 180° 범위의 각도 (Y)로 이격될 수 있다.
전형적으로, 부분의 폭은 약 0.03 인치 내지 약 5 인치 (약 0.08 cm 내지 약 12.7 cm) 범위일 수 있다.
전형적으로, 각각의 요소에서의 주름들의 열(row)의 수는 2개의 열 내지 약 3700개의 열의 범위이다.
전형적으로, 필터 요소의 외경은 약 0.2 인치 내지 약 5 인치 (약 0.05 cm 내지 약 12.7 cm)이고; 전형적으로, 필터 요소의 내경은 약 0.2 인치 내지 약 5 인치 (약 0.51 cm 내지 약 12.7 cm) 범위이다.
전형적으로, 요소 벽 두께는 약 0.01 인치 내지 약 0.12 인치 (약 0.03 cm 내지 약 0.30 cm) 범위이다.
전형적으로, 필터 요소는 약 2 인치 내지 약 120 인치 (약 5.1 cm 내지 약 305 cm) 범위의 길이 및/또는 약 0.2 인치 내지 약 5 인치 (약 0.51 cm 내지 약 12.7 cm) 범위의 외경을 갖는다.
필터 요소들, 주름들, 부분들 및 말단 캡들 (존재하는 경우 및 다공성인 경우)은 임의의 적합한 기공 구조, 예를 들어 기공 크기 (예를 들어, 버블 포인트(bubble point)에 의해 또는 예를 들어 미국 특허 4,340,479에 기술된 바와 같은 KL에 의해 입증되거나, 또는 모세관 응축 유동 기공측정기(capillary condensation flow porometry)에 의해 입증된 바와 같음), 평균 유동 기공 (mean flow pore; MFP) 크기 (예를 들어, 기공분석기(porometer), 예를 들어 Porvair 기공분석기 (Porvair plc, Norfolk, UK), 또는 상표명 POROLUX (Porometer.com; Belgium) 하에 입수가능한 기공분석기를 사용하여 특성분석(characterization)되는 경우), 기공 등급(pore rating), 기공 직경 (예를 들어, 개질된 OSU F2 시험 (예를 들어, 미국 특허 4,925,572에 기술된 바와 같음)을 사용하여 특성분석되는 경우), 또는 제거 등급(removal rating) 매체를 가질 수 있다. 사용되는 기공 구조는 이용되는 입자의 크기, 처리되는 유체의 조성 및 처리된 유체의 목적하는 유출 수준에 따라 달라진다.
전형적으로, 본 발명의 일부 구현예에 따르면, 다공성 요소들, 주름들 및 부분들은 각각 약 2 마이크로 미터 (μm) 내지 약 70 마이크로미터 범위의 기공 크기를 갖는다.
필터 및 필터 요소를 제조하는 데 사용되는 입자는 다양한 금속 분말을 포함할 수 있으며, 필터 및 필터 요소는, 예를 들어 소결을 포함하는 공정에 의해 316 저탄소 스테인리스 강 및 310 스테인리스 강과 같은 스테인리스 강 분말로부터 형성될 수 있다. 다른 적합한 금속 분말은, 예를 들어 합금 (예를 들어, HASTELLOY® X 및 HAYNES® HR-160® (Haynes International); 및 Inconel 600), 니켈, 크롬, 텅스텐, 구리, 청동, 알루미늄, 백금, 철, 마그네슘, 코발트 또는 이들의 조합 (금속 및 금속 합금의 조합을 포함함)을 포함한다.
입자는 임의의 적절한 크기일 수 있으며, 필터 및 필터 요소는 입자 크기의 분포를 포함할 수 있다. 특정한 응용을 위한 입자의 크기(들)는 완성된 필터 및 필터 요소에서의 목적하는 기공 크기에 관련된다.
중공 필터 요소는 임의의 적합한 내경 및 외경, 및 길이를 가질 수 있다.
바람직하게는, 필터 및 필터 요소는 멸균가능하며, 예시적으로, 예를 들어 증기 멸균 또는 화학적 멸균을 통해 정치 세정될 (cleaned in place; CIP) 수 있다.
본 발명의 구현예에 따른 필터 요소는 바람직하게는 모놀리식이고, 바람직하게는 적층 제조 (이는 때때로 "첨가식 층 제조" 또는 "3D 프린팅"으로서 지칭됨)를 통해 제조된다. 이들은, 전형적으로 활성화가능한 결합제(activatable binder)와 함께 결합된 금속 분말의 반복된 침착 (예를 들어, 결합제 분사 (이는 때때로 "분말 상 적하(drop on powder")로서 지칭됨)), 및 전형적으로 이어서, 예를 들어 소결에 의한 분말의 응집에 의해 형성된다. 단부 캡 (존재하는 경우) 및 필터 요소는 실질적으로 동시에 연속 작업으로 적층 제조를 통해 함께 제조될 수 있다.
임의의 적합한 적층 제조 장비가 사용될 수 있고, 다양한 생산 3D 프린터가 적합하며, 상업적으로 입수가능하다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 일 구현예에 따른 예시적인 필터 시스템을 도시한다. 필터 시스템 (이는 때때로 튜브시트/필터 번들(bundle)로서 지칭됨)(2000)의 예시된 구현예는 수직으로 배열된 복수의 필터(1000)를 포함하며 (도 10b 및 10c에서의 (1700)은 튜브 시트의 외경을 반영함), 상기 시스템은 전형적으로 여과되는 유체 (예를 들어, 액체 또는 가스)를 위한 공급부(feed), 및 여과된 액체 또는 가스를 위한 배출 채널을 포함한다. 예시된 구현예에서, 필터 시스템은 하부 그리드 플레이트(1701), 및 역 펄스 가스 채널들(1510A, 1510B, 1510C)을 위한 각각의 입구 배관을 갖는 복수의 모듈들(1500A, 1500B, 1500C)을 포함하며, 각각의 모듈은 복수의 필터들(1000)를 포함한다. 미처리 액체 (예를 들어, 미처리 가스)용 공급 채널 (미도시됨)은 하우징 쉘에 위치할 것이다.
전형적으로, 하우징은 여과되는 가스를 수용하는 미처리 가스 챔버 및 여과된 가스를 위한 청정 가스 챔버로 나뉠 수 있다.
바람직하게는, 상기 시스템의 구현예는, 하우징으로부터 필터 또는 모듈을 제거하지 않고 역 플러싱(reverse-flushing) (역 펄싱)에 이어서 여과를 허용하도록 배열된다. 도 10a 및 10b는 역 펄싱 채널들(1900A, 1900B, 1900C)을 포함하는 역 플러싱 시스템(1950)을 도시한다. 목적하는 경우, 역 플러싱 시스템은 압력 공급원을 포함할 수 있다.
역 플러싱 동안 배출되는 입자상 물질은 바람직하게는 하우징 외부의 하우징 바닥에 배열된 집진기에서 중력에 의해 수집된다. 필터 또는 모듈은, 역 플러싱 시에 입자상 물질이 필터 요소로부터 탈착될 때 이웃하는 필터들 또는 필터 모듈들 사이에 교차 오염이 발생하지 않을 수 있도록 (예를 들어, 역 플러싱 시에 엇갈리게 함(staggering)으로써) 배열된다.
하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하지만, 물론 이의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
본 실시예는 상업적으로 입수가능한 원통형 필터와 비교하여 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 단위 길이당 면적의 개선을 입증한다.
하나의 테이퍼진 단부 및 하나의 블라인드 단부를 갖는 필터 요소를 제조하였다. 1" (2.54 cm) NPT 피팅을 3개의 필터 요소 상에 용접하여, 이들을 동시에 시험하고, 제조된 필터 요소에 상응하는 면적을 갖는 3개의 상업적으로 입수가능한 중공 원통형 필터 요소와 비교하였다. 3개의 세트의 면적은 0.8의 분당 실제 리터(actual liter per minute)/제곱 인치 (alpm/in2); 1.04 alpm/in2 및 1.46 alpm/in2이다.
본 발명의 구현예에 따른 및 상업적으로 입수가능한 2개의 세트의 필터 요소가 동일한 면적, 및 내경 및 외경을 갖지만, 상업적으로 입수가능한 필터는 본 발명의 구현예에 따른 필터 요소보다 2배 길다.
상업적으로 입수가능한 필터에 대한 차압 (델타 P')은 각각 0.243 psi, 0.335 psi 및 0.491 psi이며, 본 발명의 구현예에 대한 델타 P'는 0.226 psi, 0.307 psi 및 0.516 psi이다.
본 실시예는, 본 발명의 구현예가 필적할 만한 델타 P'를 나타내면서 상업적으로 입수가능한 필터보다 단위 길이당 더 큰 면적을 갖는다는 것을 나타낸다.
실시예 2
본 실시예는 상업적으로 입수가능한 원통형 필터와 비교하여 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 단위 길이당 면적의 개선에서의 추가적인 이점을 입증한다.
실시예 1에 기술된 바와 같은 필터 요소의 모의 역류 시험을 0.8 alpm/in2-필터 요소의 낮은 입구 면속도(face velocity), 1.04 alpm/in2-필터 요소의 중간 입구 면속도 및 1.46 alpm/in2-필터의 높은 입구 면속도로 수행하였다.
상업적으로 입수가능한 필터에 대한 안정한 델타 P'는 0.243 psi, 0.335 psi 및 0.491 psi이고, 본 발명의 구현예에 대한 안정된 델타 P'는 0.226 psi, 0.307 psi 및 0.516 psi이다.
실시예 3
본 실시예는 상업적으로 입수가능한 원통형 필터와 비교하여 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 단위 길이당 면적의 개선에서의 추가적인 이점을 입증한다.
본 시험은, 상업적으로 입수가능한 필터의 길이의 절반이지만 이와 동일한 면적을 갖는 본 발명의 구현예를 비교함으로써 수행된다.
실시예 1에 기술된 바와 같은 필터 요소의 모의 역류 시험을 동일한 3개의 세트의 필터 요소를 사용하여 동일한 시스템 입구 유동으로 수행하였다. 상업적으로 입수가능한 필터에 대한 안정한 델타 P'는 0.491 psi이고, 본 발명의 구현예에 대해서는 0.226 psi이다. 이는, 상업적으로 입수가능한 필터 요소와 동일한 길이를 갖는 본 발명에 따른 필터 요소의 구현예에 대해, 본 발명의 구현예에 대한 안정한 델타 P'는 상업적으로 입수가능한 필터 요소의 약 절반일 것이라는 것을 나타낸다.
실시예 4
본 실시예는 상업적으로 입수가능한 원통형 필터와 비교하여 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 먼지 용량(dirt capacity)의 개선을 입증한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소를 실시예 1에서와 같이 제조하고, 10 " 길이의 상업적으로 입수가능한 원통형 필터 요소가 얻어졌다. 이들 필터 요소는 본질적으로 동일한 면적을 갖는다.
상업적으로 입수가능한 필터 요소의 먼지 용량은 2.7 g이고, 먼지 보유 용량 (dirt holding capacity; DHC)은 6.1 g/ft2인 반면, 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 요소의 먼지 용량은 4.5 g이고, DHC는 5.0 g/ft2이다. DHC는 단위 면적당 정규화되기 때문에, 중요한 비교는 먼지 용량이다.
본원에 인용된 간행물, 특허 출원 및 특허를 포함하는 모든 참조문헌은, 마치 각각의 참조문헌이 참조에 의해 통합되는 것으로 개별적으로 그리고 구체적으로 표시되며 그 전문이 본원에 제시되어 있는 것과 같은 동일한 정도로, 본원에 참조로 통합된다.
본 발명을 기술하는 문맥에서 (특히 하기 청구범위의 문맥에서) 단수 용어 및 용어 "상기" 및 "적어도 하나" 및 유사한 지시대상의 사용은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 명확히 모순되지 않는 한, 단수형 및 복수형 둘 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 하나 이상의 항목의 열거에 이어지는 용어 "적어도 하나" (예를 들어, "A 및 B 중 적어도 하나")의 사용은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 명확히 모순되지 않는 한, 열거된 항목으로부터 선택된 하나의 항목 (A 또는 B) 또는 열거된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합 (A 및 B)을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "포함하여" 및 "함유하는"은 달리 언급되지 않는 한 개방형 용어 (즉, "포함하나 이에 제한되지 않음"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 달리 명시되지 않는 한, 본원에 열거된 수치의 범위는 단지 상기 범위 내에 속하는 각각의 개별 수치를 개별적으로 지칭하는 것의 약칭 방법(shorthand method)으로서의 역할을 하는 것이며, 마치 본원에서 수치가 개별적으로 열거되어 있는 것과 같이 각각의 개별 수치가 본 명세서에 포함된다. 본원에 기술된 모든 방법은 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 달리 명확히 모순되지 않는 한, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 예 및 모든 예, 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 보다 이해하기 쉽게 하기 위한 것이며, 달리 청구되지 않는 한, 본 발명의 범위에 제한을 두기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 어떠한 언어도 임의의 청구되지 않은 요소가 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 나타내는 것으로서 해석되어서는 안 된다.
본 발명을 수행하는 데 있어서 발명자들에게 알려진 최적의 방식을 포함하여, 본 발명의 바람직한 구현예가 본원에 기술되어 있다. 상기 설명을 읽어나감에 따라, 이러한 바람직한 구현예의 변형은 당업계의 통상의 기술자에게 명백해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자가 이러한 변형을 적절하게 이용할 것을 예상하며, 본 발명자들은 본 발명이 본원에 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시되는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 준거법에 의해 허용되는 것과 같이 본원에 첨부된 청구범위에 열거된 발명대상의 모든 수정사항 및 균등물을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 명시되거나 또는 문맥상 달리 명확히 모순되지 않는 한, 본 발명의 모든 가능한 변형에 있어서의 상술한 요소들의 임의의 조합도 본 발명에 포함된다.

Claims (16)

  1. 다공성 필터 요소로서, 상기 다공성 필터 요소는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공 원통형 다공성 금속 매체를 포함하며, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들(pleats)을 포함하고, 각각의 주름은, 각각이 약 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들을 포함하는, 다공성 필터 요소.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 부분들이 각각 1:〉1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는, 다공성 필터 요소.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 부분들이 각각 1.5:〉1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는, 다공성 필터 요소.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체가 내부 표면을 갖고, 상기 복수의 부분들은 각각 중공 내부, 상기 내부 표면에 형성된 개방 단부, 및 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 폐쇄된 상부 단부를 갖는, 다공성 필터 요소.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제1 단부가 테이퍼진(tapered), 다공성 필터 요소.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 주름에서 연속적인 부분들 사이의 중심 대 중심 거리가 약 0.02 인치 내지 약 2 인치 (약 0.05 cm 내지 약 5.1 cm) 범위인 다공성 필터 요소.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제1 단부가 개방된, 다공성 필터 요소.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 제1 단부가 폐쇄된, 다공성 필터 요소.
  9. 다공성 필터로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 다공성 필터 요소를 포함하며, 상기 제1 단부가 피팅(fitting)을 추가로 포함하는, 다공성 필터.
  10. 제9항에 있어서, 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 중공 원통형 다공성 금속 매체를 포함하는 적어도 하나의 추가적인 다공성 요소를 추가로 포함하며, 상기 중공 원통형 다공성 금속 매체는 상기 제1 단부로부터 상기 제2 단부까지 축을 따라 종방향으로 배열된 복수의 주름들을 포함하고, 각각의 주름은, 각각이 약 1:≥1의 높이 대 폭 종횡비를 갖는 복수의 부분들을 포함하는, 다공성 필터.
  11. 유체의 여과 방법으로서, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 다공성 필터 요소, 또는 제9항 또는 제10항의 다공성 필터를 통해 유체를 통과시키는 단계를 포함하는 여과 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 다공성 필터 요소 또는 상기 다공성 필터의 외부로부터 상기 다공성 필터 요소 또는 상기 다공성 필터의 상기 중공 내부로 유체를 통과시키는 단계를 포함하는 여과 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 여과의 반대 방향으로 상기 다공성 필터 요소 또는 상기 다공성 필터를 통해 세정 유체를 통과시키는 단계를 추가로 포함하는 여과 방법.
  14. 제13항에 있어서, 역 펄싱(reverse pulsing)을 포함하는 여과 방법.
  15. 수직으로 배열된 제9항 또는 제10항의 복수의 다공성 필터들을 포함하는 필터 시스템.
  16. 제15항에 있어서, 역 펄싱 시스템을 추가로 포함하는 필터 시스템.
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