KR20220155083A - 연료필터, 연료필터 어셈블리, 및 이를 이용한 연료 내 불순물 제거 방법 - Google Patents

연료필터, 연료필터 어셈블리, 및 이를 이용한 연료 내 불순물 제거 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불순물 제거 효율이 우수한 연료필터, 연료필터 어셈블리 및 이를 이용한 연료 불순물 제거 방법에 관한 것이다.

Description

연료필터, 연료필터 어셈블리, 및 이를 이용한 연료 내 불순물 제거 방법{Fuel filter, Fuel filter assembly and Method of removing fuel impurity using the same}
본 발명은 연료필터, 연료필터 어셈블리, 및 이를 이용한 연료 내 불순물 제거 방법에 관한 것이다.
차량(Vehicle)은 연료가 구비되는 연료탱크 및 상기 연료탱크로부터 연료를 엔진으로 공급하는 연료펌프를 포함한다. 한편, 엔진으로 공급되는 연료에는 먼지, 쇳가루 등 불순물이 포함될 수 있으며, 이러한 불순물이 포함된 연료가 엔진에 공급되게 되는 경우 출력이 떨어지거나, 연료를 분사시키는 역할을 하는 인젝터의 고장을 유발할 수 있는 등 엔진 구동에 악영향을 미칠 수 있다. 때문에, 연료 내에 포함된 불순물을 여과하기 위한 부품으로서, 연료필터가 연료펌프 내에 필수적으로 구비된다.
종래 기술에 따른 연료필터는 3중층(3-Layers) 구조로서, 메시(mesh) 구조의 직물, 상기 직물 하단에 구비된 니들펀칭 부직포, 상기 니들펀칭 부직포 하단에 구비된 스펀본드 부직포가 적층되어 합지된 형태가 일반적이며, 이 때 연료 유입방향에 위치하며 최외층으로 구비되는 메시(mesh) 구조의 직물은 필터링 기능을 하기 보다는 원단 보호 기능을 발현시키기 위해 구비된다. 따라서 해당 메시 구조의 직물이 연료필터의 최외층을 구성하는 경우, 불순물의 포집은 필터 가운데 구비된 부직포층에 집중되어 기공 막힘 현상으로 인해 필터 수명이 단축된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 부직포를 최외층으로 하는 연료필터가 개발되었으나 최외층, 중간층, 최내층 부직포 사이의 관계에 대하여는 연구가 미비하였다. 본 발명자들은 최외층, 중간층, 최내층 부직포 사이의 상관관계를 연구하여, 동일 또는 더 작은 평량(gsm, 단위면적당 중량)을 가져 경제적이면서도 불순물 제거 효율이 뛰어나고, 연료필터가 향상된 수명을 가지며, 특히, 15 내지 35 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술대비 현저히 향상된 연료필터를 개발하여 본 발명을 완성하였다.
대한민국 등록특허 제10-2176502호(2020.11.03)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 동일 또는 더 작은 평량(gsm, 단위면적당 중량)을 가져 경제적이면서도 불순물 제거 효율이 뛰어나고, 향상된 수명을 가지며, 특히, 15 내지 35㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술대비 현저히 향상된 연료필터 및 연료필터 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 연료필터 및 연료필터 어셈블리를 이용하여 연료 내의 불순물을 제거하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 다층 구조의 연료필터로서, 상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족하는 연료 필터를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00001
(상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
또한, 본 발명에서는 연료가 유입되는 유입부; 및 상술한 연료필터가 구비된 몸체부; 를 포함하는, 연료필터 어셈블리를 제공한다.
또한, 본 발명에서는 연료가 유입부로 유입되는 단계; 및 상기 유입부로 유입된 연료가 몸체부 내로 유입된 다음, 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 연료필터를 통과함으로써, 연료 내 불순물을 제거하는 단계; 를 포함하며, 상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족하는, 연료 내 불순물 제거 방법을 제공한다.
[식 1]
Figure pat00002
(상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
본 발명에 따른 연료필터 및 연료필터 어셈블리는 동일 또는 더 작은 평량(gsm, 단위면적당 중량)을 가져 경제적이면서도 불순물 제거 효율이 뛰어나고, 향상된 수명을 가지며, 특히, 15 내지 35㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술대비 현저히 향상된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 삼중 연료필터 구조의 단면을 도시화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료필터 어셈블리를 도시화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예 및 비교예에 따른 연료필터의 여과효율 추이도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예 및 비교예에 따른 연료필터의 수명압손 평가 결과를 나타낸 것이다.
이하 첨부된 도면들을 포함한 구체예 또는 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 구체예 또는 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
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 “멜트블로운(Melt Blown) 부직포”는 열가소성 고분자를 용융하여 노즐을 통해 압출 방사하는 방법으로 제조된 부직포 웹을 의미한다. 한편, 본 명세서에서 “직물”은 복수의 위사와 복수의 경사가 상호 교차하여 격자형을 이루어 다수의 교차점이 형성된 메쉬 형상을 이루도록 실을 엮어 직조한 것을 의미한다. 본 명세서에서, “단위면적당 중량”은 '평량' 또는 'gsm'이라고 하며, 단위는 g/m2 인 것이다.
이하, 본 발명에 따른 연료필터, 연료필터 어셈블리, 및 이를 이용한 연료 내 불순물 제거 방법을, 보다 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 연료필터는 제1 스펀본드 부직포(310), 중간층 형성 부직포(320), 제2 스펀본드 부직포(330)가 순차적으로 적층된 다층 구조를 가질 수 있다(도 1 참조).
보다 상세하게 설명하면, 상기 연료필터는 연료가 제일 처음 맞닿는 면인 제1 스펀본드 부직포(310)가 최외층(Outer)이 되도록 하고, 다음 중간층으로 중간층 형성 부직포(320)가 구비되며, 최내층(Inner)으로는 제2 스펀본드 부직포(330)가 구비되어 일체로 적층된 삼중 필터일 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 연료필터는 직물을 필터 최외층으로 하는데, 직물은 단지 중간층을 보호하는 용도에 불과하고, 모든 이물질 또는 불순물이 최외층의 직물을 통과하여 중간층에 집중적으로 포집되므로 높은 저항이 발생하였다. 또한, 불순물 유지용량이 낮고, 장기적으로 사용하였을 때, 연료필터의 수명이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
이와 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 연료필터는 도 1에 도시된 바와 같이 최외층으로 제1 스펀본드 부직포(310) 및 최내층으로 제2 스펀본드 부직포(330)를 구비하고, 스펀본드 부직포(310, 330) 사이에 니들펀칭 부직포 또는 멜트블로운 부직포와 같은 중간층 형성 부직포(320)를 중간층으로 구비한다.
연료필터를 이와 같이 구성하는 경우, 유동하는 연료가 제1 스펀본드 부직포(310)에서 1차 필터링되어 비교적 큰 이물질이 제거되고, 중간층 형성 부직포(320)에서 2차 필터링이 이루어지며, 제2 스펀본드 부직포(330)에서 재차 이물질이 걸러짐으로써 여과 효율이 현저히 향상된다. 특히, 상기와 같은 구성을 가지는 경우, 불순물이 필터 전반에 균일하게 포집되어 어느 일부에 부하가 걸리는 것을 효과적으로 방지하게 되므로, 장기 내구성을 확보할 수 있어 우수한 수명 특성을 가지게 된다. 또한, 종래 기술 대비 미세한 크기의 이물질 또는 불순물을 효과적으로 걸러내면서도 연료의 흐름성을 개선시킬 수 있게 되므로, 연료 펌프를 비롯한 계통 및 엔진의 효율과 수명을 현저히 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 다층 구조의 연료필터로서, 상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure pat00003
(상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
일반적으로 부직포의 평량(단위면적당 중량)이 증가되는 경우 불순물이 연료필터 내부를 통과하는 시간이 늘어나기 때문에, 연료필터의 필터링 효율은 높아지게 된다. 예를 들어, 중간층 형성 부직포인 니들펀칭 또는 멜트블로운 부직포의 단위면적당 중량을 늘리는 경우 연료필터의 효율이 증가한다.
그러나, 본 발명자들은 상기와 같은 다층 구조의 연료필터에 있어서, 중간층 형성 부직포, 상기 부직포의 상면 및 하면에 각각 구비되는 스펀본드 부직포 간의 평량(단위면적당 중량) 비를 특정 범위로 하는 경우, 총 평량이 종래 기술 대비 상대적으로 적더라도 연료필터의 불순물 제거 효율이 증가되며, 특히 15 내지 35 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술 대비 현저히 향상되고, 연료의 흐름성 역시 개선할 수 있다는 점을 실험을 통하여 확인하였다.
구체적으로, 제1 스펀본드 부직포(310)의 단위면적당 중량(A)과 상기 제2 스펀본드 부직포(330)의 단위면적당 중량(B)의 합(A+B)이 상기 연료필터의 단위면적당 총 중량(A+B+C) 100 중량부 기준으로 40 중량부 이하인 경우 종래 기술 대비 15 내지 35 ㎛ 범위의 미세 불순물에 대한 제거량이 증가한다. 이때, 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(A)은 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(C)보다 작은 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른, 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 2, 3 및 4 중 어느 하나 이상을 만족하는 것일 수 있다.
[식 2]
Figure pat00004
[식 3]
Figure pat00005
[식 4]
Figure pat00006
(상기 식 2, 3 및 4에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량 (g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
연료필터가 상기 식을 만족시키는 경우, 총 평량이 종래 기술 대비 상대적으로 적더라도 연료필터의 불순물 제거 효율이 증가되며, 특히 15 내지 35 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술 대비 현저히 향상되고, 연료의 흐름성 역시 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 연료필터 부직포층의 평균 기공크기는 제2 스펀본드 부직포 ≥ 제1 스펀본드 부직포 ≥ 중간층 형성 부직포 순서일 수 있다. 상세하게 설명하면, 제1 스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 100㎛ 이하일 수 있고, 상기 중간층 형성 부직포(320)는 평균기공 크기가 50㎛ 이하일 수 있으며, 상기 제2 스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100㎛ 이상일 수 있다.
일례로, 상기 제1 스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 10 내지 100㎛일 수 있고, 상기 중간층 형성 부직포(320)는 평균기공 크기가 10 내지 50㎛일 수 있으며, 상기 제2 스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100 내지 300㎛일 수 있다.
또 다른 일례로, 상기 제1 스펀본드 부직포(310)는 평균기공 크기가 60 내지 100㎛일 수 있고, 상기 중간층 형성 부직포(320)는 평균기공 크기가 10 내지 50㎛일 수 있으며, 상기 제2 스펀본드 부직포(330)는 평균기공 크기가 100 내지 200㎛일 수 있다.
한편, 연료필터가 상기와 같은 평균기공 크기를 가질 경우, 불순물 또는 이물질을 유동방향으로 점진적 제거함으로써 불순물이 어느 하나의 층에 집중되어 과부하가 걸리는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 필터 수명이 연장되며, 불순물이 제거된 연료의 흐름이 필터에 의해 제한되는 것을 최소화하여 연료의 흐름성을 개선할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 연료 필터는 두께가 600 내지 980㎛ 일 수 있다. 상기와 같은 두께 범위 내에서, 가솔린, 디젤 등의 연료의 불순물 또는 이물질을 효과적으로 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 연료필터로 적합하다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 연료필터의 단위면적당 총 중량은 300 g/m2 이하일 수 있다. 즉, 기존에 비해 낮은 평량을 가짐으로써, 경제적인 동시에, 공간 활용이 용이하여 연료필터 어셈블리 모듈 내에서 필터의 효율을 극대화할 수 있다.
일례로 상기 제1 스펀본드 부직포(310)는 70 내지 90 g/㎡, 구체적으로는 75 내지 85g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 일례로 상기 제2 스펀본드 부직포(330)는 20 내지 40g/㎡, 구체적으로는 25 내지 35g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 상기 중간층 형성 부직포(320)는 180 내지 200g/㎡의 평량을 가질 수 있고, 구체적으로는 185 내지 195g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 한편, 상기와 같은 평량을 가지도록 연료필터를 구성하는 경우, 이물질 또는 불순물의 여과 효율을 현저히 향상시키고 연료필터 수명이 향상되며, 특히 15 내지 35 ㎛ 범위의 크기를 갖는 미세한 불순물에 대한 제거 효율이 종래 기술대비 현저히 향상된다. 나아가, 연료필터의 인장강도 등의 기계적 강도도 우수할 뿐 더러, 연료의 흐름이 필터에 의해 제한되는 것을 최소화하여 연료의 흐름성을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1 스펀본드 부직포(310) 및 제2 스펀본드 부직포(330)를 구성하는 섬유 평균직경은 각각 독립적으로 10 내지 100㎛일 수 있다. 상기 중간층 형성 부직포(320)를 구성하는 섬유 평균직경은 5 내지 50㎛일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 40㎛일 수 있다. 상기와 같은 섬유 평균직경을 가지는 경우, 이물질 또는 불순물 제거 효율이 우수한 한편, 연료의 유동을 제약하지 않아 우수한 필터링 효율을 유지할 수 있게 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연료필터를 구성하는 각 부직포층은 각각 폴리아미드계 고분자로 이루어진 것일 수 있다. 구체적으로 폴리아미드는 방향족 폴리아미드와 지방족 폴리아미드를 포함하는 의미일 수 있고, 상기 폴리아미드는 예를 들어 지방족 폴리아미드로 대표적인 나일론(Nylon)일 수 있다.
상기 나일론은 나일론 6, 나일론 66 및 나일론 46 등을 포함하며, 이에 제한되는 것은 아니다. 나일론은 내열성, 성형성, 내약품성이 우수하며, 특히, 가솔린, 디젤 연료에 대한 내구성 및 치수 안정성이 강한 특성이 있다.
구체적으로 나일론 6은 내열성, 성형성 및 내약품성이 우수한 특성이 있고, 나일론 66은 나일론 6과 전반적으로 그 특성이 비슷하지만, 나일론 6에 비하여 내열성이 매우 우수하고 자기소화성 및 내마모성이 우수한 특성을 가진다. 또한, 나일론 46은 내열성, 기계적 특성 및 내충격성이 우수한 장점이 있다.
상기 연료필터 각층을 나일론계 섬유를 이용하여 제조한 것을 사용함으로써, 기계적 강도 확보와 우수한 불순물 제거 효율을 달성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따른 연료필터는 스펀본드 부직포와 중간층 형성 부직포의 표면이 초음파 융착된 것일 수 있다. 초음파 융착은 초음파를 부직포의 표면에 가함으로써 용착면의 미세한 표면 돌기가 빠르게 발열하게 되고 이 때 발생한 열이 주변부로 전이되어 얇은 융착층을 형성하는 것이다. 따라서, 별도의 바인더 고분자를 포함하지 않아 부직포 내 기공을 폐쇄시키지 않게 되므로, 종래 기술에 따른 필터 대비 수명 특성 및 여과 효율이 증가 또는 유지된 형태로 사용이 가능하다.
또한, 초음파 융착은 바인더 고분자를 사용하지 않아 비교가 안될 정도의 짧은 시간에 융착이 이루어지며 융착 부위가 깨끗하고 원가 절감을 물론 생산성 및 품질 향상을 기할 수 있다. 이 때, 초음파란 10 kHz 이상의 진동수를 가진 음파를 의미하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라, 초음파 융착이 보다 용이하게 일어나도록 상기 중간층 형성 부직포는 융점이 서로 다른 2 이상의 폴리아미드계 고분자를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 양태에 따르면, 상기 중간층 형성 부직포는 니들펀칭 부직포 및 멜트블로운 부직포 중 선택되는 1종 이상일 수 있다.
일례로, 상기 중간층 형성 부직포가 니들펀칭 부직포인 경우, 니들펀칭 부직포는 단섬유를 방사하여 웹을 형성하는 것으로, 단섬유의 경우 초음파 융착에 의해 접착력을 보다 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 중간층 형성 부직포는 별도의 합성섬유를 더 포함할 수 있다. 이 경우 단섬유와 합성섬유를 동시에 포함함으로써 스펀본드 부직포와의 접착력을 보다 높일 수 있다. 예를 들어, 상기 합성섬유는, 상기 중간층 형성 부직포의 총 함량 100 중량부 기준으로 15 내지 30 중량부로 포함될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 연료필터는 연료 내의 불순물 제거 효율이 뛰어나며, 이는 ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율을 통하여 확인할 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 연료필터는 불순물 입자 평균 크기가 15㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 50% 이상이다. 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 상기 연료필터는 불순물 입자 평균 크기가 25㎛일 때, ISO 19438에 의거하여 측정된 총 불순물의 제거 효율이 80% 이상이다.
따라서, 본 발명에 따른 연료필터는 종래 기술에 따른 연료필터 대비 15㎛ 내지 35㎛의 크기를 갖는 불순물의 제거 또는 여과 특성이 향상되어, 연료필터의 수명을 더욱 향상시킬 수 있다. 더 나아가 상기와 같이 미세한 불순물 또는 이물질이 포함된 연료가 엔진으로 유입됨으로써 야기될 수 있는 엔진의 고장 및 불량을 현저히 저감시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 연료필터 어셈블리는 연료가 유입되는 유입부(100) 및 전술한 연료필터가 구비된 몸체부(200)를 포함할 수 있다.
이 때, 연료필터는 연료필터 면중심에 형성된 지지부를 중심으로 대칭되게 접힌 후 단부가 초음파 융착되어 접착된 상태로 상기 몸체부 내에 구비되는 것일 수 있다. 한편, 상기 몸체부 내에 구비되는 연료필터는 초음파 융착된 것으로 별도의 바인더 고분자를 포함하지 않기 때문에, 부직포 내 기공 폐쇄 등의 문제가 없어 종래 기술에 따른 연료필터 대비 수명 특성 및 여과 효율이 높다.
구체적으로, 본 발명에 따른 연료필터 어셈블리는 도 2에 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 제1 스펀본드 부직포(310), 중간층 형성 부직포(320) 및 제2 스펀본드 부직포(330)로 적층된 연료필터를 구비됨으로써, 상술한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 연료필터는 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 연료필터 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 보낼 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따라, 상기 연료필터는 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 제조될 수 있고, 예를 들어, 금속, 고분자 및 세라믹 등에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상의 소재로 제조될 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 다양하게 변형가능할 수 있어 특별히 제한되지 않는다.
한편, 본 발명의 일 양태에 따라, 상기 연료필터를 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 연료필터는 우수한 불순물 제거 효율을 가지므로 연료 정제가 필요한 다양한 용도에 적용할 수 있으나, 구체적으로는 가솔린, 디젤 등의 연료를 사용하는 자동차용 연료필터로서 활용성이 높다.
본 발명에 또 다른 양태는 연료가 유입부로 유입되는 단계; 및 상기 유입부로 유입된 연료가 몸체부 내로 유입된 다음, 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 연료필터를 통과함으로써, 연료 내 불순물을 제거하는 단계; 를 포함하며, 이때, 사용되는 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족한다.
[식 1]
Figure pat00007
(상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
실시예
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 구현예들을 예시하고 하기에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 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, 35, 40, 50 및 60㎛인 불순물에 대하여 ISO 19438에 의거하여 측정하였다.
(2) 수명압손 평가
수명압손 평가는 ISO 19438에 의거하여 측정하였다.
[실시예 1]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포(중간층 형성 부직포) 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하였으며, 제1 스펀본드 부직포(평량 80g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 70 ㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 40 ㎛, 섬유 평균직경 33㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 30g/㎡, 두께 250 ㎛, 평균기공 크기 160㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 1]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하되, 종래기술에 따라, 제1 스펀본드 부직포(평량 95g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 68㎛, 섬유 평균직경 28㎛), 니들펀칭 부직포(평량 180g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 33㎛, 섬유 평균직경 25㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 50g/㎡, 두께 300㎛, 평균기공 크기 90㎛, 섬유 평균직경 35㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 2]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하였으며, 제1 스펀본드 부직포(평량 95g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 68㎛, 섬유 평균직경 28㎛), 니들펀칭 부직포(평량 110g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 50g/㎡, 두께 250㎛, 평균기공 크기 90㎛, 섬유 평균직경 35㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 3]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하였으며, 제1 스펀본드 부직포(평량 100g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 65㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 180g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 33㎛, 섬유 평균직경 25㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 110g/㎡, 두께 250㎛, 평균기공 크기 65㎛, 섬유 평균직경 35㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 4]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하였으며, 제1 스펀본드 부직포(평량 200g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 65㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 100g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 30㎛, 섬유 평균직경 25㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 150g/㎡, 두께 250㎛, 평균기공 크기 110㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 5]
제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 모두 나일론 6으로 제조하였으며, 제1 스펀본드 부직포(평량 150g/㎡, 두께 500㎛, 평균기공 크기 85㎛, 섬유 평균직경 30㎛), 니들펀칭 부직포(평량 100g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 35㎛, 섬유 평균직경 20㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 250㎛, 평균기공 크기 110㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
[비교예 6]
120 mesh, 선경 80㎛, 두께 500㎛인 나일론6 재질의 직물, 니들펀칭 부직포(평량 190g/㎡, 두께 100㎛, 평균기공 크기 60㎛, 섬유 평균직경 33㎛) 및 제2 스펀본드 부직포(평량 40g/㎡, 두께 250㎛, 평균기공 크기 48㎛, 섬유 평균직경 30㎛)를 순차적으로 적층하고, 초음파 융착하여 총 두께가 850㎛인 삼중 필터를 제조하였다.
상기 실시예 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 연료필터에 대하여 단위면적당 중량의 값을 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
a c b c/a c/2a c/2b (a+b)/(a+b+c) 연료필터의 단위면적당 총 중량 (g/m2)
실시예 1 80 190 30 2.38 1.19 3.17 0.37 300
비교예 1 95 180 50 1.89 0.95 1.80 0.45 325
비교예 2 95 110 50 1.16 0.58 1.10 0.57 255
비교예 3 100 180 110 1.80 0.90 0.82 0.54 390
비교예 4 200 100 150 0.50 0.25 0.33 0.78 450
비교예 5 150 100 40 0.67 0.33 1.25 0.66 290
A: 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/㎡)
B: 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/㎡)
C: 니들펀칭 부직포(중간층 형성 부직포)의 단위면적당 중량(g/㎡)
상기 실시예 1 및 비교예 1 내지 5에 따라 제조된 연료필터를 사용하여 입자계수에 따른 불순물 제거 효율을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
불순물 크기에 따른 불순물 제거 효율(%)
5㎛ 10㎛ 15㎛ 20㎛ 25㎛ 30㎛ 35㎛ 40㎛ 50㎛ 60㎛
실시예 1 6.61 27.1 53 69.4 80 92 99.1 99.7 100 100
비교예 1 14.19 31.33 50.82 68.23 79.12 91.20 98.7 99.81 100 100
비교예 2 13.11 30.14 49.92 66.91 77.68 90.31 98.6 99.77 100 100
비교예 3 12.34 28.73 48.97 65.23 75.96 89.41 98.5 99.74 100 100
비교예 4 9.18 27.45 48.74 63.89 75.62 88.51 98.3 99.69 100 100
비교예 5 8.90 27.13 48.59 63.88 75.61 88.44 98.1 99.55 100 100
상기 표 2의 결과를 참조하면, 본원 발명에 따라, 제1 스펀본드 부직포, 니들펀칭 부직포(중간층 형성 부직포), 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 상술한 식 1 및 식 2 내지 4 중 선택되는 어느 하나 이상의 식을 만족시키는 경우, 비교예들 대비 15 내지 35 ㎛ 범위의 불순물에 대한 제거(여과) 효율이 증가한 것을 확인할 수 있었다.
또한, 실시예 1과 비교예 6에 따라 제조된 연료필터를 사용하여 입자계수에 따른 불순물 제거 효율을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.
불순물 크기에 따른 불순물 제거 효율(%)
5㎛ 10㎛ 15㎛ 20㎛ 25㎛ 30㎛ 35㎛ 40㎛ 50㎛ 60㎛
실시예 1 6.61 27.1 53 69.4 80 92 99.1 99.7 100 100
비교예 6 9.59 21.8 39 52.7 62.8 80.8 95.3 99 100 100
상기 표 3을 참조하면, 앞서 살펴본, 비교예 1 내지 5 뿐만 아니라, 직물을 포함하는 비교예 6과 대비할 때도 실시예 1에 따른 연료필터가, 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 현저한 불순물 제거 효율을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
나아가 도 4를 참고하면, 불순물(이물)을 통과시킬 때, 시간 대비 가해지는 압력을 살펴보면, 본 발명의 실시예 1에 따른 연료필터의 경우 차압이 많이 가해지는 것을 확인할 수 있고, 불순물이 많이 걸러질수록 차압이 많이 가해지므로, 비교예 6 대비 필터링 효과가 우수한 것을 확인할 수 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.
100: 유입부
200: 몸체부
300: 모듈
310: 제1 스펀본드 부직포
320: 중간층 형성 부직포
330: 제2 스펀본드 부직포
400: 지지부

Claims (16)

  1. 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 다층 구조의 연료필터로서,
    상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족하는 연료 필터.
    [식 1]
    Figure pat00008

    (상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 2, 3 및 4 중 어느 하나 이상을 만족하는 연료 필터.
    [식 2]
    Figure pat00009

    [식 3]
    Figure pat00010

    [식 4]
    Figure pat00011

    (상기 식 2, 3 및 4에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량 (g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(A)은 상기 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(C)보다 작은, 연료필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부직포층의 평균 기공크기는 제2 스펀본드 부직포 ≥ 제1 스펀본드 부직포 ≥ 중간층 형성 부직포 순서인, 연료필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스펀본드 부직포의 평균기공 크기는 100 ㎛ 이상, 제1 스펀본드 부직포의 평균기공 크기는 100 ㎛ 이하, 중간층 형성 부직포의 평균기공 크기는 50 ㎛ 이하인, 연료필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료필터의 두께는 600 내지 980 ㎛ 범위 내인, 연료필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료필터의 단위면적당 총 중량은 300 g/m2 이하인, 연료필터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포는 단위면적당 중량이 70 내지 90g/m2이고,
    상기 중간층 형성 부직포는 단위면적당 중량이 180 내지 200g/m2이며,
    상기 제2 스펀본드 부직포는 단위면적당 중량이 20 내지 40g/m2인, 연료필터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포 중 선택되는 1종 이상의 부직포는 폴리아미드계 고분자를 포함하는, 연료필터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층 형성 부직포는 니들펀칭 부직포 및 멜트블로운 부직포 중 선택되는 1종 이상인, 연료필터.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중간층 형성 부직포와 상기 제1 및 제2 스펀본드 부직포의 표면이 초음파 융착된, 연료필터.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료필터는 평균입자 크기 15 ㎛의 불순물에 대하여, ISO 19438에 의거한 불순물 제거 효율이 50% 이상인, 연료필터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료필터는 평균입자 크기 25 ㎛의 불순물에 대하여, ISO 19438에 의거한 불순물 제거 효율이 80% 이상인, 연료필터.
  14. 연료가 유입되는 유입부; 및
    제 1 항의 연료필터가 구비된 몸체부; 를 포함하는, 연료필터 어셈블리.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 연료필터는 연료필터 면중심에 형성된 지지부를 중심으로 대칭되게 접힌 후, 단부가 초음파 융착되어 접착된 상태로 상기 몸체부 내에 구비되는, 연료필터 어셈블리.
  16. 연료가 유입부로 유입되는 단계; 및 상기 유입부로 유입된 연료가 몸체부 내로 유입된 다음, 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포 및 제2 스펀본드 부직포가 순차 적층된 연료필터를 통과함으로써, 연료 내 불순물을 제거하는 단계; 를 포함하며,
    상기 연료필터는 제1 스펀본드 부직포, 중간층 형성 부직포, 및 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량비가 하기 식 1을 만족하는, 연료 내 불순물 제거 방법.
    [식 1]
    Figure pat00012

    (상기 식 1에서, A는 제1 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), B는 제2 스펀본드 부직포의 단위면적당 중량(g/m2), C는 중간층 형성 부직포의 단위면적당 중량(g/m2)이다.)
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