KR20010020542A - 에어로졸을 분리하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

가스흐름으로부터 소수성 액상을 분리하는 장치는 응집필터, 하우징구조, 가스흐름유도장치 및 액체수집장치를 포함한다. 응집필터는 섬유질의 비직조 매개체(non-woven media)를 포함한다. 상기 액체수집장치는 하우징구조 내에 위치하고, 응집필터 내에 모이고 그로부터 흘러나오는 액체를 수용하는 방향을 향하도록 되어 있다. 분리를 수행하는 방법이 또한 제공된다.

Description

에어로졸을 분리하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR SEPARATION OF AEROSOL}

디젤엔진으로부터의 블로바이(blow-by)가스와 같은 임의의 가스흐름은 그 내부에 에어로졸로서 상당한 양의 동반된 기름을 함유한다. 에어로졸내의 대부분의 기름방울은 일반적으로 0.1-0.5 미크론(micron) 크기의 범위 내에 있게 된다.

또한, 이와 같은 가스흐름은 탄소성분의 오염물과 같은 상당한 양의 미세한 오염물을 포함하게 된다. 이러한 오염물질들은 일반적으로 0.5-3.0 미크론의 평균입자크기를 갖는다.

임의의 시스템에서, 이러한 가스들을 대기로 배출하는 것이 바람직하다. 일반적으로 상기 가스들을 대기로 방출하기 전에 이들 가스로부터 그 내에 있는 에어로졸 및/또는 유기체 미립자 오염물질들을 제거하는 것이 바람직하다.

어떤 경우에 있어서는, 공기 또는 가스 흐름을 장치로 향하게 하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에는, 하류장치 상에서의 부정적인 효과의 감소, 효율의 개선, 손실되는 기름의 회수와 같은 효과를 제공하기 위해 및/또는 환경상의 관심사를 다루기 위해, 가스가 순환하는 동안 그 흐름으로부터 에어로졸 및/또는 미립자를 분리하는 것이 바람직할 것이다.

상기한 유형의 관심사들에 대해 다양한 노력들이 기울여져 왔다. 개선이 요구되는 변수들은 일반적으로 (a)분리장치(separator) 시스템이 좀 더 커져야 한다는 요구를 피하는 동시에 양호한 분리효율을 기한다는 크기/효율에 관한 사항, (b)상당히 고가의 시스템을 요구하지 않고도 양호하거나 높은 효율을 기한다는 비용/효율에 관한 사항, (c) 중요한 재 설계를 하지 않더라도 다양한 적용과, 용도에 적용될 수 있는 시스템을 개발할 수 있는 다양성, (d) 오랜 기간의 사용 후에도 필요한 경우에는 용이하게 청소할 수 있거나 재생될 수 있는 시스템의 개발에 관한 청결성/재생성이다.

본 발명은 에어로졸(aerosol)로서 동반되는 기름과 같은 소수성 유체를 가스의 흐름(예를 들면, 공기의 흐름)으로부터 분리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 탄소성분 물질과 같은 미세한 오염물질을 여과하는 바람직한 장치가 또한 제공된다. 또한, 분리를 수행하는 방법이 제공된다.

도1은 본 발명에 따른 에어로졸 분리장치를 사용한 엔진시스템의 개략도.

도2는 본 발명에 따른 분리장치에 적용된 원리를 기술하는 개략도.

도3은 본 발명에 따른 장치의 사시도.

도4는 도3에 도시된 장치의 측면도.

도5는 도3의 선 5-5를 따라서 도4에 도시된 방향의 반대방향에서 본 경우의 단면도.

도6은 도3 선 6-6을 따라 도시된 단면도.

도7은 도5에 도시된 장치의 분해 단면도.

도8은 도 6에 도시된 장치의 부분확대 단면도.

도9는 도8에 도시된 응집장치 필터(coalescer filter)의 확대 사시도.

도10은 도7에 도시된 선 10-10을 따라 도시된 단면도.

도11은 도3에 도시된 장치의 평면도.

도12는 도3에 도시된 장치의 저면도.

도13은 도3에 도시된 장치의 측면도로서 도4에 도시된 것과는 반대방향에서 본 경우의 측면도.

도14는 도3에 도시된 장치의 측면도로서 도13의 장치를 반시계방향으로 90도 회전시켰을 때의 측면도.

도15는 도13 및 도14에 도시된 장치의 도면으로서, 도13에 도시된 도시각도와 관련하여 장치를 시계방향으로 90도 회전하였을 때의 측면도.

도16은 도5에 도시된 제1부분과 제2부분을 결합시키는 시임(seam)의 부분확대 단면도.

도17은 본 발명에 따른 응집장치 필터의 제2실시예의 사시도.

도18은 본 발명에 따른 도17의 구성의 반대측을 도시하는 사시도.

도19는 커버와 제1단 및 제2단 필터 매개체가 제거된 본 발명에 따른 하우징 본체를 도시하는 것으로서 도18에 도시된 장치의 평면도.

도20은 본 발명에 따른 도19에 도시된 하우징 본체의 측면도.

도21은 본 발명에 따른 도19의 본체의 선 21-21을 따라 개략적으로 도시한 단면도.

도22는 본 발명에 따른 도18에 도시된 커버의 내표면을 도시하는 평면도.

도23은 본 발명에 따른 제2단 필터 매개체를 유지하는 본체의 평면도.

도24는 본 발명에 따른 필터 본체의 평면도로서, 도23과 유사하나 제2단 필터 매개체를 제거한 상태에서 입구영역에 위치한 제1단 필터 매개체를 도시하는 평면도.

도25는 본 발명에 따른 제1단 필터 매개체의 도29의 선 25-25를 따라 개략적으로 도시한 단면도.

도 26은 본 발명에 따른 유도관 부재(adapter member)와 바이패스(bypass) 밸브장치를 개략적으로 도시한 부분단면도.

도27은 본 발명에 따른 제2단 필터 매개체를 개략적으로 도시한 측면도.

도28은 본 발명에 따른 필터장치를 사용한 엔진시스템의 개략도.

도29는 본 발명에 따른 제1단 필터 매개체 구성의 평면도.

도30은 본 발명에 따른 도29에 도시된 제1 단 필터 매개체 구성의 측면도.

가스흐름으로부터 소수성 액상을 분리하는 장치는 응집장치 필터, 하우징구조, 가스흐름유도장치 및 액체수집장치를 포함한다. 응집장치 필터는 바람직하게는 섬유로 이루어진 비직조(非織造) 매개체(non-woven media)를 포함한다. 상기 하우징 구조는 내부를 정의하고, 가스흐름입구와 가스흐름출구를 갖는다. 가스흐름유도장치는 가스가 하우징구조로 유도되어 통과할 때 응집장치 필터를 통해 가스흐름(예를 들면, 크랭크케이스 블로바이 가스흐름(crankcase blow-by gas flow))을 향하도록 구성되고 배열된다. 상기 액체수집장치는 하우징구조 내에 위치하고, 응집장치 필터 내에 모이고 그로부터 흘러나오는 액체를 수용하는 방향을 향하도록 되어 있다.

바람직하게는, 응집장치 필터는 상기 장치로부터 제거되거나 상기 장치에 교환될 수 있는 패널구조를 포함한다.

바람직하게는, 액체배수구구조는 액체수집장치와 유체가 흐르도록 되어 있다. 상기 액체배수구구조는 하우징구조 내부로부터 수집된 소수성 액체를 선택적으로 배수하도록 구성되고 배열된다.

바람직한 실시예에서, 상기 장치는 제2필터를 더 포함한다. 바람직하게는, 제2필터는 상기 하우징구조 내에 위치하고 응집장치 필터로부터 하류 쪽에 위치하게 된다. 가스흐름유도장치는 가스가 상기 하우징구조로 흐르고, 상기 하우징 구조를 통과할 때, 우선 가스흐름이 응집장치 필터를 통과하도록 유도하고, 그 다음에는 제2필터를 통과하도록 유도한다.

바람직하게는, 상기 응집장치 필터는 단지 제2필터의 상류 표면적의 25% 에 해당하는 상류 표면적을 갖는다. 다른 실시예에서, 응집장치 필터는 대략 제2필터의 상류표면적의 0.1%-10%, 전형적으로는 0.5%-1%, 바람직하게는 0.8%에 해당하는 상류표면적을 갖는다.

바람직하게는, 제2필터는 주름 매개체를 포함한다. 다른 장치에서는, 제2필터는 제거되고 교환될 수 있으며, 하우징에는 응집장치 필터를 제거하거나 분해하지 않고 제2필터를 제거할 수 있도록 접근하기 위한 개방 가능한 단부커버가 구성되고 배열된다. 제1필터와 제2필터는 하나의 유닛으로서 교체될 수 있도록 기계적으로 연결되거나, 각각 교체되는 분리된 구조일 수 있다.

하나의 실시예에서, 응집장치 필터는 섬유의 평균직경이 25 미크론(micron) 이하이고, 전형적으로 그리고 바람직하게는 9-25 미크론의 범위를 갖는 섬유로 이루어진 비직조 매개체를 포함한다.

Ⅰ.전형적인 적용 - 엔진 크랭크케이스 공기구멍(breather) 필터

압력이 가해진 디젤엔진은 종종 "블로바이(blow-by)"가스 즉, 연소실로부터 피스톤들을 지나 새어나오는 공기-연료 혼합물의 흐름을 생성한다. 이러한 블로바이 가스들은 예를 들면, 그 내부에(a) 0.1-5.0 미크론 크기의 방울을 주로 포함하는 기름 또는 연료 에어로졸, (b) 대부분 0.1-10 미크론 크기인 탄소 입자를 전형적으로 포함하는 연소로부터의 탄소 오염물, 을 함유하는 공기나 연소가스 같은 기체상을 일반적으로 포함한다. 이러한 "블로바이 가스"는 일반적으로 블로바이 통풍구(vent)를 통해 엔진부로부터 외부로 향하게 된다.

여기서 "소수성" 액체라 함은 가스흐름에 동반된 액체 에어로졸을 가리키는 것이며, 비수성(非水性, nonaqueous) 액체 특히, 기름을 가리킨다. 일반적으로 이러한 물질은 물과 혼합되지 않는다. 여기서 운반액체(carrier fluid)와 관련하여 사용된 "가스" 또는 그 이문(variant, 異文)은 공기, 연소가스 그리고 에어로졸을 위한 다른 운반가스를 가리킨다.

가스들은 상당한 양의 다른 성분을 운반할 수 있다. 이러한 성분은 예를 들면, 구리, 납, 실리콘, 알루미늄, 철, 크롬, 나트륨, 몰리브덴, 주석 그리고 다른 중금속을 포함한다.

일반적으로 디젤엔진을 포함하는 트럭, 농기구, 보트, 버스 그리고 그 밖의 시스템과 같은 시스템에서 작동하는 엔진은 상기한 바와 같이 오염된 상당한 양의 가스 흐름을 포함하게 된다. 예를 들면, 0-50 cfm(전형적으로는 5-10 cfm) 차수(order) 의 유동속도와 체적은 매우 일반적이다.

도1은 본 발명에 따른 응집/분리장치가 사용된 전형적인 시스템을 도시하는 개략도이다. 도1을 참조하면, 엔진은 일반적으로 (10)에 도시된다. 다른 유형의 엔진을 생각해볼 수도 있겠으나 엔진(10)은 일반적으로 디젤엔진을 포함한다. 엔진(10)은 에어로졸과 같이 그 내에 동반된 상당한 양의 기름과 또한, 가령 탄소 오염물과 같은 상당한 양의 미세한 오염물을 운반하는 블로바이 가스를 방출한다. 상기 블로바이 가스들은 커넥터(12)와 체크밸브(check, 14)를 통해 배출된다. 체크밸브(14)는 또한 시스템에서 상류일 수 있다. 커넥터(16)는 체크밸브(14)를 위해 하우징에 부착된다. 응집필터(18)는 커넥터(16)의 하류에서 그에 부착된다. 응집필터(18)는 액체성분과 부분적으로 여과된 가스성분을 포함하는 두개의 성분으로 블로바이 가스를 분리한다. 제2단 필터는 또 다른 커넥터(22)를 경유하여 응집필터(18)에 부착된다. 제2단 필터(20)는 응집필터로부터 어느 정도 여과된 가스 성분을 더욱 정화하도록 작동한다. 즉, 가스 성분에 여전히 남아 있는 미세한 입자를 제거한다. 정화된 가스는 커넥터(24)를 통과한 후, 압력조절기(26)를 통하여 터보와 같은 엔진유입시스템(28)으로 향한다. 응집필터(18)로부터 액체성분은 라인(30)을 통하여 엔진 섬프(SUMP, 32)로 향한다.

본 발명에 따르면, 기체상으로부터 소수성 액체상을 분리하는 장치(여기서는 응집/분리장치 장치라고 칭하기로 한다)가 제공된다. 작동에 있어서, 오염된 가스흐름은 응집/분리장치 장치로 향한다. 장치 내에서, 미세한 기름상 또는 에어로졸상(즉, 소수성 상(相))이 응집된다. 상기 장치는 소수성 상이 방울로 응집되어, 시스템으로부터 용이하게 수집되고 제거될 수 있는 액체로 배출되도록 구성되어 있다. 이하에서 설명될 바람직한 실시예에서, 특히 그 위에 기름상이 부분적으로 채워진 응집장치 또는 응집/분리장치는 가스흐름에 포함된 탄소 오염물을 위한 프리필터(prefilter)로서 작동한다. 또한, 바람직한 시스템에서, 시스템으로부터 기름이 배출될 때, 기름이 그 내부에 포획된 일정부분의 탄소오염물을 지니기 때문에 장치는 응집장치에 의한 어느 정도의 자체정화를 제공한다. 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 응집/분리 장치는 정화와 재생시의 용이함을 기하기 위해 제거 가능한 매개체 구성요소로 구성된다. 임의의 바람직한 시스템에서는 적어도 하나의 하류 (또는 제2의)필터 또는 폴리쉬필터(polish filter)가 배설된다. 다른 시스템에서는, 다중 하류필터(multiple downstream filter)가 배설될 수 있다.

본 발명에 따른 시스템의 작동의 일반적인 원리는 도2의 개략도를 참조하면 이해될 것이다. 도2에서, 피 여과 가스흐름(50)이 시스템(49)으로 향하는 것이 도시된다. 응집장치 또는 응집/필터는 일반적으로 (51)로 지정된다. 공기가 응집장치(51)를 통과할 때, 어느 정도 여과 또는 정화된 가스흐름(52)과 액체상(53)의 두 개의 물질유동(material stream)이 생성된다. 가스흐름(52)은 폴리슁(polishing)을 위해 제2 단 필터(55)로 향하고, 라인(56)으로 지정된 장치를 통해 외부로 배출된다. 이 때에, 상기 가스는 하류장치 또는 대기로 향할 수 있다. 도1에 도시된 것과 같은 전형적인 장치에 있어서, 라인(56)에 있는 가스는 엔진의 유입시스템으로 향할 수도 있다. 다른 전형적인 시스템에서, 라인(56)에 있는 상기 가스는 배기가스로서 대기로 배출될 수도 있다.

응집장치(51)로부터의 (임의의 고체를 동반한)액상은 라인(53)을 경유하여 유출구조(59)로 향한다. 그후, 상기 물질은 라인(60)을 경유하여 소망되는 곳 어디로든지 향할 수 있다. 예를 들면, 상기 물질은 재 사용되기 위해 크랭크케이스로 재 순환될 수 있다. 또는 처리를 위해 상기 물질은 개별적으로 수집될 수도 있다.

일반적으로, 응집장치(51)는 공기(50)내에 포함된 미세한 기름방울들이 수집되고 응집되어 방울이 되려고 하는 물질을 포함한다. 이를 위한 유용한 물질 또는 구성을 아래에 설명하겠다.

일반적으로, 바람직하게는 응집장치(51)에 있는 지지 또는 기질(substrate) 물질은, 응집장치(51)와 수집된 기름방울의 조합이 라인(50)에 포함된 오염물질(특히, 탄소입자)을 위한 프리필터로서 작동하도록 선택되고 형성된다. 오염물 또는 탄소입자는 액체흐름에 동반되어 라인(53)을 통해 시스템을 이탈하게 된다.

이와 같이, 여기에서 설명된 것과 같은 시스템에서는 응집장치(51)가 어느 정도는 자체정화를 한다. 다시 말하자면, 연속적으로 수집된 기름상은 응집장치(51)로부터 연속적으로 수집된 탄소입자상을 어느 정도 씻어낸다.

전형적 시스템에 있어서, 응집장치(51)에 대한 수명은 부분적으로는 그를 통과한 전형적인 가스흐름에 대한 세척효과에 기인하도록 응집장치(51)가 설계된다. 그러나, 시스템이 자체정화를 통한 최적의 작동에 대한 노력과는 일치되지 않을 수도 있다. 따라서, 응집장치(51)는 바람직한 시스템에서, 그 내에 위치한 필터 매개체 또는 응집 재료의 제거와 세척이나 교체 중의 어느 하나로 인한 주기적인 재생을 하도록 배열된다. 환언하면, 응집장치의 재료(매개체)는, 전형적인 적용에 있어서 중량으로 적어도 20%, 더욱 바람직하게는 25-50 %의 에어로졸 제거의 고효율성의 달성에 초점을 맞추어 선택된다. 탄소입자제거는 부분적으로는 상당한 양의 기름상이 매개체 내에서 응집되고, 상기 기름상이 탄소물질을 포획하는 것을 돕는다는 사실에 의해 촉진된다. 만일 응집장치 재료가 특히 대략 60% 정도의 차수(order)로 고효율의 탄소입자제거를 달성하도록 선택된다면(맞춰진다면), 가스흐름에 너무 많은 제약을 가하게되어 응집장치 필터로서 완전히 만족될 수는 없는 것으로 예상된다.

Ⅱ. 다단(multi-stage) 기름 에어로졸 분리장치의 예

본 발명에 따른 다단 기름 에어로졸 분리장치 또는 응집/분리장치가 제공되는 도3-15에 관하여 설명한다. 여기서는 시스템이 본 발명에 따른 에어로졸 분리/필터 장치를 포함할 뿐만 아니라, 공기흐름의 더 나은 정화를 위해 적어도 단일의 하류 또는 제2단 필터를 포함하거나 다단 하류 또는 제2단 필터를 포함할 수 있기 때문에 시스템을 일반적으로 "다단"으로 지칭한다. 여기서 서술되는 기름 분리장치 또는 응집/분리장치는 또는 하류필터를 포함하지 않는 전체 조립체에서 사용될 수도 있다.

도3은 2단 에어로졸 분리장치 조립체(75)의 사시도이다. 일반적으로, 응집장치 필터를 포함하는 분리의 제1단은 일반적으로 (76)으로 지정되고, 폴리싱 필터를 포함하는 제2단은 일반적으로 (77)로 지정된 조립체의 부분 내에 위치한다.

도3을 참조하면, 조립체(75)는 입구튜브구조(81)를 갖는 하우징(80)과, 흡수통부(82)와 출구튜브구조(83)를 포함한다. 사용에 있어서, 피 조절 가스흐름은 입구튜브구조(81)를 경유하여 흡수통부(82)로 향한다. 제1단(76)내에서 응집하는 액체는 흡수통부(82)의 바닥부(85)로 배수되어 그곳으로부터 다음에 설명하는 바와 같이 제거된다. 가스상은 흡수통부(82)와 그 내에 위치한 필터요소를 통하여 향하고, 출구튜브구조(83)를 통하여 조립체(75)로부터 외부로 향한다.

도시된 조립체(75)에 대해서, 상기 입구튜브(81)는 구획된 튜브구조(88, 도8)를 포함한다. 여기서 사용되는 "구획된 튜브구조"라는 용어 또는 그 이문(異文)은 상호 기계적으로 결합되며 분리 가능한 적어도 2개의 구획을 포함한다는 것을 지칭하는 것이다. 즉, 상기 구획은 서로 용이하게 분리될 수 있다. 구획된 튜브구조(88)의 예에서, 두 개의 구획은 제1구획(90)과 제2구획(91)을 포함하는 것이 도시된다. 구획(91)은 조립체(75)의 나머지부분으로부터 완전히 분리되는 반면, 구획(90)은 하우징(80)의 부분과 일체로 형성된다. 도시된 장치에서, 제1단 응집/분리장치 또는 필터는 제1구획(90)과 제2구획(91) 사이에 위치한다. 제2구획(91)은 클램프 장치(95)에 의해 제1구획(90)과 유체가 흐르는 관계로 결합되고, 클램프 장치(95)는 클램프(97,98)에 의해 밀폐하는 방식으로 구획(90, 91)과 결합하도록 고정되는 오버슬리브(oversleeve, 96)를 포함한다. 클램프(97,98)는 오버슬리브(96) 주위에 탑재되고 고정부재(137,138)로 고정된 밴드(band, 102, 103)를 포함한다. 이와 같이, 제2구획(91)은 단순히 클램프(98)를 풀어줌으로써 제거되고 교체될 수 있다.

또한, 도3을 참조하면, 하우징(80)은 제1 또는 커버부(104)와 제2 또는 바닥부(105)를 포함한다. 2개의 부분은 클램프(108)에 의해 심(seam, 107)을 따라 서로 결합된다. 도시된 장치에 대해, 부분(104,105)은 단순히 클램프(108)를 풀어줌으로써 선택적으로 상호 분리될 수 있다. 이것은 손질을 위한 하우징(80)내부로의 접근을 가능하게 해준다.

또한, 도3을 참조하면, 도시된 특수한 장치에 대해서, 커버부(104)는 주조된 플라스틱구조(109)이고, 바닥부(105)는 시트금속부(sheet metal section, 110)이다. 다른 식으로 장치를 구현할 수도 있을 것이나, 상기한 바와 같이 두 개의 부분(104, 105)으로 구성하면 얻을 수 있는 이점들이 다음의 설명에서와 같이 분명해진다.

사용시에, 조립체(75)는 차량 또는 다른 장치의 구조에 용이하게 탑재될 수 있다. 탑재용 밴드장치 또는 적당한 유지너트(retention nut)를 가진 구조를 포함하는 다양한 탑재장치가 사용될 수 있다. 어떤 경우에 있어서는, 탑재하는 동안의 반경상의 배치의 선택 폭을 넓혀주기 위해 커버부(104)의 외주 둘레에서 연장되도록 탑재장비가 구성될 수도 있다.

조립체(75)의 내부구성을 상세히 설명하기 전에 조립체(75)의 외적으로 살펴볼 만한 구성을 검토하기 위해 다른 도면들의 내용을 살펴보도록 하겠다.

도4를 참조하면, 제2또는 바닥부(105)는 그 내부의 중앙에 위치한 액체 배수구(121)를 가진 사발 또는 깔때기 형상의 하단부 또는 단부커버(120)를 갖는다. 사발부(120) 와 배수구(121)의 조합은 소수성 액체를 위한 수집, 배수장치를 포함한다. 사용에 있어서, 상기 조립체(75)내에서 액체가 응집되면 액체는 단부판 또는 사발부(120)를 향하여 아래쪽으로 배수되어, 배수구(121)로 흘러간다. 전형적으로, 적절한 배수라인은 소망하는 쪽으로 예를 들면, 기름 섬프로 수집된 액체가 향하도록 배수구(121)에 고정된다.

또한, 도4를 참조하여, 클램프(108)에 관한 더욱 상세한 사항을 살펴보겠다. 클램프(108)는 그 위에 대향하는 단부 브래킷(126, 127)을 갖는 금속 밴드(125)를 포함한다. 턴키(turn key, 128)는 단부(126, 127)를 함께 당김으로써 밴드(125)를 죄기 위해 회전하는 핸들(129)을 포함한다. 그렇게 함으로써, 밴드(125)의 구성과 그 위에 위치하는 다른 구성요소에 기인하여 이하에 설명되는 바와 같이, 하우징부(104,105)가 함께 시일된다.

도11과 도12에 대하여 살펴보겠다. 도11은 도3에 도시된 장치의 평면도이고, 도12는 장치의 저면도이다.

도11과 도12를 참조하면, 입구튜브구조(81)가 하우징(75)의 중앙에 탑재됨을 알 수 있다. 하우징 커버부(104)는 일반적으로 원형 외벽(132)을 갖는다. 원형외벽은 도6의 원형 내벽(133)을 정의한다. 일반적으로, 입구튜브구조(81)는 공기가 그 곳을 통과하도록 도11의 점선화살표의 일반적인 방향으로 향하게 한다.

다른 구조에서, 입구튜브는 중심점 또는 축을 향하여 직접적이기보다는 하우징의 원형 내측벽에 일반적으로 접하는 측벽에 탑재된다. 하우징과 관련하여 입구튜브를 접하는 방향으로 탑재하면 구성요소 주위에 접선방향의 공기흐름통로가 형성된다.

도6에 대하여 살펴보겠다. 도6은 도3의 선6-6을 따라 일반적으로 도시된 단면도이다. 도6에서의 도시방향의 결과로써 커버부(104)의 내부구조와 구획된 튜브구조(88)를 볼 수 있다.

도6을 참조하면, 커버부(104)는 그 내에 원형 격벽부재(145)를 포함한다. 그 사이에서 선풍의 공기흐름통로를 형성하는 격벽부재(145)는 외측벽(133)으로부터 이격된다. 출구튜브(83)는 중심이 격벽부재(145)와 정렬되고 그럼으로써 주위를 둘러싸는 연장부(147)를 포함한다. 이하의 설명으로부터 알 수 있듯이, 필터요소(도5와 관련하여 설명한다)의 단부는 사용시에 부분(147)과 격벽부재(145)사이에 위치한다. 전형적으로 격벽부재(145)의 길이는 입구직경의 대략 75-125%, 더욱 전형적으로는 대략 110%가 된다.

또한, 도6을 참조하면, 구조(150)는 아래에서 설명되는 바닥부(105)에 날개를 포함한다.

또한, 도6을 참조하면, 도시된 특별한 장치에 대해서, 구획된 튜브의 제2구획(91)과 제1구획(90) 사이에 끼인 구조(88)는 그 내에 응집장치 필터(150)를 포함한다. 응집장치 필터(150)는 가스흐름 통로를 접선방향으로 가로지르는 구조(151)내에 고정된다. 이와 같이, 튜브(90)의 영역(153)으로부터 튜브(91)의 영역(154)으로 통과하는 가스는 일반적으로 응집장치 필터(150)를 통과한다. 물론 응집장치 필터(150)는 조립체(75)의 다른 부분 예를 들면, 튜브구획(91) 또는 커버(104)에 위치할 수도 있다. 그러나, 도시된 장치가 편리하며 효과적이다.

응집장치 필터(150)는 튜브(91)를 통과하여 하우징(80)으로 흐르는 가스흐름 내에 포함된 소수성 에어로졸을 응집하는 데에 적절한 재료를 포함한다. 응집장치 필터(150)를 위한 바람직한 재료는 이하에서 설명된다. 전형적인 실시에에서 필터(150)는 비직조 섬유 다발을 포함한다.

도8에 대해 살펴보겠다. 제거 및 교환이 가능한 부분은 (160)으로 지정된다. 부분(160)은 그 내에 응집장치 필터(150)를 확실하게 수용하고, 제1구획(90)과 제2구획(91)사이에 고정되는 관계로 응집장치 필터(150)를 위치시키는 적절한 구조(161, 162)를 포함한다. 응집장치 필터(150)는 바람직하게는 구조(161, 162)내에서 시일된다. 시일은 접착, 크림핑(crimping), 히스테이킹(heatstaking), 초음파용접 또는 다른 방법이나 재료에 의해 달성될 수 있다. 바람직한 구조가 다음에 설명된다.

도8에 도시된 장치에 대해, 흐름통로(153)의 단면직경은 영역(154)의 단면 직경과 대략 동일하다. 일반적으로, 응집장치(150)를 가로질러 대략 200-500 ft/min, 바람직하게는 대략 350ft/min의 면속도를 유지하는 것이 바람직하다.

구조(161, 162)내에서의 응집장치 필터(150)의 확대사시도를 도시하는 도9에 대하여 살펴보겠다. 도9를 참조하면, 응집장치(160)는 일반적으로 원통형상이고, 상류면(155)과 그 대향하는 측의 하류면(156)을 포함한다.

도6을 참조하면, 사용시에, 가스흐름이 응집장치 필터(150)를 통하여 영역(153)으로부터 영역(154)(과 하우징(80))을 향하면, 에어로졸로서 가스흐름 내에 동반되어 운반되는 소수성 액체는 필터(150)내에서 응집된다. 액체방울이 형성되면, 필터(150)로부터 배수되고, 가스흐름에 기인하여 필터(150)로부터 화살표(179)로 유도된 방향으로 외측으로 흐른다. 가스흐름은 일반적으로 액체흐름이 하우징(80)으로 들어가서 바닥 커버(105)의 내측을 향해 내측벽(133)을 따라 하측으로 배수되도록 한다. 결과적으로 액체는 도4의 배수구(121)를 향해 단부판(120)을 따라 커버(105)의 바닥으로 배수된다. 이 액체흐름은 그 내에 어느 정도의 미립자 물질 예를 들면, 응집장치(150)에 있는 액체 내에 포획된 탄소입자를 포함한다. 이와 같이, 액체흐름은 필터(150)를 어느 정도는 자체 정화한다.

반면, 가스흐름은 선풍 형식으로 격벽(145)과 내벽(133) 사이에 있는 하우징(80)으로 들어간다. 그 다음, 이 가스흐름은 도5 및 도7과 관련하여 이하에 설명될 제2단 필터를 향한다

도5를 참조하면, 조립체(75)는 단면으로 도시된다. 도5로부터 조립체(75)가 그 내에 위치한 하류 또는 제2단 필터요소(170)를 포함하는 것을 볼 수 있다. 바람직하게는, 요소(170)는 제거되고 교환될 수 있다. 요소(170)는 일반적으로 내측 라이너(172)와 외측 라이너(173) 사이에 위치한 필터 매개체(171)를 포함한다. 바람직한 구조 및 재료가 이하에서 설명된다. 요소(170)는 밀폐된 단부캡(174)과 개방된 단부캡(175)을 포함한다. 개방된 단부캡(175)은 그를 따라서 반경방향 시일 방식으로 튜브부(147)를 밀폐하여 결합하도록 배열되는 치수를 갖는 반경 시일부(176)를 포함한다. 결과적으로, 영역(176)에 있는 재료는 튜브(147)와 요소(171)의 다른 부분사이에서 압축되어 반경방향 시일을 형성한다.

사용시에, 가스흐름은 선풍부(143)로 들어간 후, 필터요소(170)를 통해 화살표(176, 177)로 유도되는 일반적인 방향인 하측으로 통과하고, 출구튜브(83)를 통해 외부로 배출된다. 필터요소(170)는 일반적으로 응집장치를 통과한 어느 정도의 에어로졸, 연기 그리고 탄화수소와 같은 물질들을 가스흐름으로부터 제거하는 폴리싱 필터로서 작동한다.

다시, 응집장치(150)로부터 응집된 액체흐름은 일반적으로 내벽(133)을 따라 부분(105)으로 하측으로 흐르고, 배수구(121)를 향해 벽면(183)을 따라 하측으로 흐른다. 이와 같이, 이 액체는 일반적으로는 필터요소(170)로 향하지는 않는다.

도10에 대해여 살펴보겠다. 도10은 도5의 선10-10을 따라 일반적으로 도시된 단면도이다. 도5와 도10을 비교해보면, 부분(105)이 그 내에 바닥날개(185)를 포함하고 있음을 알 수 있다. 도시된 장치에 대해, 복수의(4개의)날개(185)가 도시된다. 날개(185)는 배수구(121)위에서 만나고, 면(186)과 (사용하는 동안 단부커버(120)의 상부에 고이는)상기 액체에 대한 압축에 있어서 필터요소(170)를 가볍게 지지하도록 바닥부(120)에 강화구조를 제공한다. 일반적으로, 날개(185)는 피(被) 수집 기름으로부터 필터요소(170)를 분리한다. 날개(185)는 또한 요소(170)가 하우징의 제 자리에 위치하고 시일(176)이 제 자리에 유지되도록 하는 것을 돕는다. 날개(185)는 또한 요소(170)가 진동으로 인하여 사용 중에 하우징으로부터 확실히 이탈하지 않도록 하는 것을 돕는다. 도시된 실시예에서, 날개(185)는 하우징으로부터 분리된 부분으로 별개로 주조되고, 적절한 고정부재(122)에 의해 하우징에 연결된다.

도7과 도16에 대하여 살펴본다. 커버(104)는 그 내에 가스켓 홈(190)을 가진 바닥플랜지(189)를 포함한다. 가스켓 홈(190)은 그 내에 부분적으로 고정된 O-링을 수용하도록 배열되는 치수를 갖는다. 구획(105)은 메이팅 플랜지(mating flange, 193)를 포함한다. 장치가 조립되면, 플랜지(193)가 플랜지(189)에 대하여 압축되는 그 사이에는 O-링(191)이 위치한다. 밴드(195)의 내면(197)의 형상은 키(128)가 조여질 때, 밴드(195)가 O-링(191)주위의 플랜지(189,193)를 함께 압착하여 양호한 시일을 이루도록 형성된다. 이를 용이하게 하기 위해, 내면(197)은 일반적으로 파도 또는 오메가(omega)와 같은 형상을 취한다. 도16은 밴드(195)에 의해 함께 고정된 플랜지(189,193)를 도시한다.

도시된 특별한 바람직한 장치에 대해, 응집장치 필터(150)의 상류면적이 제2단 필터요소(170)의 상류면적보다 실질적으로 작다는 것을 알 수 있다. 특히, 매개체(171)로서 세로로 홈이 형성된 매개체가 사용되면, 이러한 차이가 상당하게 된다. 응집장치 필터(150)가 매개체(171)의 하류면적의 대략1-20%의 상류면적을 갖고, 단지25%만의 상류면적을 가지며 이하에 설명되는 바람직한 재료를 사용하는 시스템이 효과적임을 알 수 있다.

여기서 "가스흐름유도장치" 또는 그 이문은 종종 가스흐름을 유도하는 장치의 부분을 지칭하기 위해 사용된다. 도3-15의 장치에 대해, 이것은 입구튜브, 벽, 격벽 그리고 출구튜브를 포함한다. "가스흐름유도장치"는 일반적으로 필터를 통해 적절한 가스흐름을 적절한 차수(order)로 확보하도록 작동한다.

본 발명에 따른 구조는 고효율을 기함에도 불구하고 작은 크기로 제작될 수 있다. 다양한 시스템에 대하여 이를 달성하기 위한 재료와 치수는 이하에서 설명된다.

Ⅲ. 몇 가지 유용한 재료

A. 응집장치 매개체

응집장치 매개체를 위한 임의의 바람직한 재료를 선택함으로써 중요한 이점을 얻을 수 있다. 바람직한 재료는 사용시에 직면할 수 있는 공기흐름의 유형에 대해 양호한 응집장치로서 작동하도록, 적절한 크기와 솔리디티(solidity), 밀도를 가진 섬유의 비 직조구조를 포함한다. 바람직하게는, 대략 1.5 데니어(denier) 또는 대략 9-25 미크론의 직경, 전형적으로는 대략 14.5 미크론의 직경을 가진 폴리에스테르 섬유 같은 유기섬유(organic fiber)가 재료를 형성하기 위하여 사용된다. 바람직한 재료는 노스케롤라이나28241, 샬로트에 소재한 캠-워브 주식회사(Kem-wove, Inc., Charlotte, North Carolina 28241)로부터 구입할 수 있는 8643이다.

상기 매개체의 밀도 또는 퍼센트 솔리디티(solidity)는 특별한 용도에 따라 변할 수 있다. 일반적으로, 자유상태에서의 퍼센트 솔리디티는 대략 1.5-1.8 이다.

B. 하류필터(downstream filter) 매개체

하류필터에 대하여는, 디젤엔진과 같은 장치에 사용되는 종래의 매개체가 전형적인 시스템을 위해 사용될 수 있다. 이러한 바람직한 매개체는 고표면 적재주름종이(high surface loading pleated paper)이다. 하나의 전형적인 매개체는 3,000 평방피트당(square feet) 대략 118+/-8lbs.의 중량, 분당 약 34+/-5.5 피트의 투수성(透水性), 1.25psi에서 0.05-0.07 인치의 두께, 인치당 적어도 13 파운드의 인장강도, 적어도 12psi의 습식 파열강도(wet burst intensity) 및 40psi 보다 크지 않은 교정된(cured) 습식 파열강도를 갖는 고표면 적재 주름종이이다. 여기에서 설명된 장치에 사용되는 이와 같은 매개체는 중량으로 적어도 80%의 효율을 달성한다.

C. 다른 성분

바람직하게는, 하우징의 커버부는 예를 들면, 유리가 채워진 나일론(glass-filled nylon)과 같은 플라스틱으로부터 구성된다. 바닥부는 시트 금속이다. 또는, 전체 하우징은 모든 종류의 금속 또는 플라스틱으로부터 구성될 수 있다.

바람직하게는, 단부캡은 폴리우레탄 포말로부터 만들 수 있다. 또는 단부캡은 금속일 수도 있다.

Ⅳ. 시스템의 크기와 관련한 원리

여기서 설명되는 원리를 이용하는 장치는 비교적 작은 용기에서 고효율로 작동하도록 형성되는 것이 특히 유리하다. 예를 들면, 도면에 도시된 것과 같은 시스템은 디젤 블로바이 연소 에어로졸과 같은 가스흐름에 대해 90%이상의 전체적인 작동효율과, 전체적으로 대략 12인치의 길이와, 대략 5인치의 직경을 갖도록 형성될 수 있다.

이러한 시스템에서의 핵심적인 구성요소는 물론 응집장치이다. 특히, 응집장치는 하류필터 매개체의 표면적의 대략 20%만의 상류표면적을, 전형적으로는 대략 10%(대개는 0.5% 에서 1%)의 상부 표면적을 갖도록 형성된다. 가용한 하나의 예로써 응집장치 필터는 대략 3.75 평방인치의 상류표면적을 갖는다. 전체적인 체적은 길이 약 2.5인치, 폭 약 1.5인치, 두께가 0.5인치인 약 1.875 입방인치(cubic inches)이다. 유동률은 전형적으로 5-10cfm이고, 유동속도는 전형적으로 초당 3.2-6.4 피트이다. 여기서 설명된 것과 같은 시스템에 사용되는 약 1.5 데니어, 직경 약 14.5 미크론의 폴리에스테르 섬유와 같은 매개체는 중량으로 적어도 25%의 에어로졸 제거효율을 달성한다.

하류필터매개체(171)는 약 3.5인치의 직경, 약 7인치의 길이를 갖도록 형성된다. 출구튜브구조를 수용하는 개구의 직경인 내경은 약 2인치이다. 전체적인 원주 면적은 약 76 평방인치이고, 표면적은 약 390 평방인치이다. 전형적인 유동율은 약 5-10 cfm이고, 전형적인 유동속도는 초당 약 0.03-0.06피트이다.

Ⅴ. 그 밖의 실시예

도17-도30에 도시된 그 밖의 실시예에 대하여 설명한다.

도17을 참조하면, 응집장치 필터구조는 참조번호(200)로 지정된다. 응집장치 필터(200)는 하우징(203)을 포함한다. 도시된 하우징(203)은 이하에서 특징 지워지는 것과 같은 임의의 용도에 해하여 편리한 형상인 직사각형 박스형상이다. 도시된 하우징(203)은 두 부분의 구조를 갖는다. 더욱 상세하게는, 하우징(203)은 본체 또는 셸부(206)에 장착된 커버 또는 도어(205)를 포함한다.

도17 및 도18을 참조하면, 하우징(203)은 다음 4개의 포트(port) 즉, 가스흐름입구포트(210), 가스흐름출구포트(211), 액체흐름출구포트 또는 액체배수구(212)를 갖는다. 결과로써, 응집장치 필터구조(200)는 도2의 일반적 개략도에 따르도록 배열된다.

도19-21에 대하여 살펴보겠다. 도19-21에서, 하우징 본체(206)가 도시된다. 본체(206)는 상부벽(215), 바닥벽(216), 제1측벽(217), 제2측벽(218) 그리고 후벽(219)을 포함한다. 벽(215, 216, 217, 218)은 용기구조(221)를 형성하도록 후벽(219)의 외주 주위를 연장하고, 그 외주로부터 돌출한다. 사용시에, 아래에 설명된 다양한 필터장치는 용기(221)내에 위치한다.

도17과 도19-21에 대하여 살펴보겠다. 이들 도면으로부터, 후벽(219)이 용기(221)의 내표면을 형성하는 정방측(224), 용기(221)의 후방측 및 외부면을 형성하는 후방측(225)을 포함한다. 더욱 상세하게는, 가스흐름입구포트(210)는 리시버(receiver, 228)를 향한다(도21).

리시버(228)는 후벽(219)의 후방측(225)의 선택부위로부터 외측으로 돌출하는 체적(230)을 정의한다. 체적(230)은 그 내에 응집장치 필터(223, 도29)를 수용하는 치수를 가진다. 입구포트(210)는 이하에 설명되는 방식으로, 응집장치 필터(223)를 통하여 내부의 응집장치 필터구조(200)로 들어가는 가스흐름을 유도하도록 체적(230)으로 향한다.

일반적으로, 사용시에 응집장치 필터구조(200)의 내측(236) 내의 압력은 약 1psi 이하의 차수, 전형적으로는 1/3psi(약 10-15인치의 수압)의 차수(order)를 갖는다. 또한, 디젤 블로바이 가스의 특성으로 인하여 필터구조(200)로부터 새나오려는 경향을 갖는 동반된 기름의 안개를 초래한다. 그러므로, 본체(206)상에서 도어(205)를 유지하는 양호하고 효과적인 구조가 이용된다. 이와 관련하여 도18과 도22에 대하여 살펴보겠다.

도22를 참조하면, 도어(205)는 그에 일체적으로 형성된 힌지탭(240, 241)을 포함한다. 힌지탭(240, 241)은 도어(205)가 본체(206)상에 탑재될 때, 리시버(243, 244, 도23) 내에 각각 수용되도록 하는 치수를 갖는다. 리시버(243, 244)는 도어(205)가 개방위치와 밀폐위치 사이에서 오라가락 할 때, 탭(240, 241)이 각각 선회하도록 한다. 도어(205)가 도17과 도18의 닫힌 위치에 있을 때, 리시버(243, 244)는 힌지탭(240, 241)을 편안하게(snugly) 고정하여, 도어(205)가 0.5-1.0 psi의 차수의 블로바이 가스의 내부압력 하에서도 본체(206)로부터 용이하게 가장자리(247, 도22)를 따라 분리될 수 없도록 한다. 블로바이 가스의 내부압력은 약 10-40psi, 종종 약 35psi(약 3,700Pa)의 차수로 도어(205) 상에 상당한 힘을 가한다.

도어(205)는 가장자리(247)와 대향하는 가장자리(248)를 포함한다. 이 가장자리를 따라 도어(205)는 본체(206)의 유지탭(253, 254)과 각각 정렬된 유지탭(250, 251)을 포함한다. 유사한 개구(253a, 254a), 탭(256, 257)의 위에 각각 위치하는 유지탭(250, 251)은 그 내에 개구(253, 254)를 각각 포함한다. 바람직하게는 개구는 나사산이 제거되거나 마모되는 것을 방지하기 위해 나사홈이 형성된 금속 삽입물을 포함한다. 닫힌 도어(205)를 고정하기 위해, 응집장치 필터구조(200)는 개구(256, 257)를 각각 통하여 연장하는 나비볼트(thumb bolt, 260, 261, 도18)를 포함한다. 도어(205)는 적절하게 위치한 후, 나비볼트(260, 261)의 하부가 돌출할 때까지 탭(253, 254)에 대해 나비볼트(260, 261)에 나사홈을 냄으로써 밀폐되어 고정될 수 있다.

이하에 설명된 바와 같이, 도23 및 도27의 가스켓(265)에 의해 도어(205)와 본체(206)의 사이에 가스흐름시일이 제공된다.

또한, 도17과 도19 및 도20을 참조하면, 하우징(203)의 바닥벽(216)은 중앙 바닥의 액체 배수구(212)를 향하여 하향으로 형성된 대략 깔때기 형상으로 되어 있다. 가스흐름출구포트(211)는 도어(205, 도18과 도22)로부터 외측으로 연장한다. 출구포트(211)를 통한 외측으로 향하는 가스흐름은 일반적으로 입구포트(210)를 통한 입구흐름의 방향에 일반적으로 직교하여 향한다. 또한, 다른 구조가 사용될 수도 있으나, 상기 구조는 하우징(203)을 차지하는 공간을 최소화하고 편리하기 때문에 실시예로써 바람직하다.

바람직한 실시예에서, 배수구(212)는 액체의 배수는 허용하나 유입은 허용하지 않는 일방향 밸브(1-way valve)를 포함한다.

다시 도17을 참조하면, 후벽(219)은 그 내에 본체(206)의 각각의 구석에 위치하는 개구(301, 302, 303, 304)를 구비한다.

바람직하게는, 개구(301, 302, 303, 304)는 나사의 제거 또는 마모를 방지하기 위한 나사홈이 형성된 금속 삽입물을 포함한다. 개구(301, 302, 303, 304)는 필터구조(200)가 편리한 위치 예를 들면, 엔진 상에 고정되도록 제공된다. 필터구조(200)는 스스로 자신의 위치에서 매우 탄력이 되도록 한다. 예를 들면, 하우징(203)은 호스가 이르는 곳에 있는 엔진크랭크케이스로부터 떨어져 탑재될 수 있다. 예를 들면, 하우징(203)은 화벽(firewall)상에 또는 프레임 상에 탑재될 수도 있으나 기름 섬프 위에는 탑재되어야만 한다. 바람직하게는, 하우징(203)은 엔진으로부터 단지 15피트 떨어져 있다.

또한, 도17을 참조하면, 본체(206)는 유도관(adater) 구조(310)를 수용하도록 배열되고 구성된다. 유도관 구조(310)는 필터 하우징(311)과 밸브 하우징(312)을 포함한다. 입구튜브(313)는 필터하우징(311)으로부터 외측으로 돌출하여 일반적으로 가스흐름입구포트(210)를 둘러싼다. 필터하우징(311, 312)은 각각 주변의 플랜지부재(315)로부터 외측으로 연장하는 원형부재를 포함한다. 유도관 구조(310)는 본체(206)에 의해 확실히 수용되고 후벽(219)의 후방측(225)에 부착된다. 초음파용접과 같은 방법으로 유도관 구조(310)를 본체(206)에 고정한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 밸브하우징(312)은 그 내에서 바이패스 밸브구조(285)를 유지하기 위한 것이다.

일반적으로, 하우징(203)은 그 내에 포함된 두 개의 필터 즉, 상류응집장치 필터(233)와 하류패널필터(268)를 포함한다. 임의 실시예에서, 응집장치 필터(233)와 패널필터(268)는 하우징(203) 내에 분리되어 위치한 분리된 부품을 포함한다. 다른 실시예에서, 응집장치 필터(233)와 패널필터(268)는 단일의 동시 작업으로 하우징(203)에 삽입되거나 제거될 수 있도록 서로 인접하여 구성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 응집장치 필터(233)와 패널 필터(268)는 분리되고 또한 독립된 부재 또는 구조이다.

도23과 도27을 참조하면, 패널필터(268)는 일반적으로 직사각형인 구조에 위치한 주름진 매개체(270)를 포함한다. 매개체(270)는 외측의 직사각형 가스켓(265)에 의해 둘러싸인다. 패널필터(268)는 전방 라이너또는 스크린(271)을 포함한다. 전방 스크린(271)은 실질적으로는 매개체(270)의 하류측 상에 위치하고, 견고한 매개체 배열을 유지하도록 돕는다. 다양한 재료 예를 들면, 구멍을 형성한 금속, 강망(expanded metal) 또는 플라스틱구조가 개방 또는 다공성 스크린(271)을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 이하에 설명되는 이유로 인하여 유리가 채워진 나일론과 같은 플라스틱이 바람직하다 도23에서, 스크린(271)은 하류 매개체(270)로부터 부분적으로 중단된 것처럼 도시되었다. 바람직한 실시예에서, 스크린(271)은 가스켓(265)의 주변 내에서 전체 표면을 연장하는 것으로 이해되어야 한다.

가스켓(265)은 그 내에 매개체(270)를 수용하기 위해 적절한 가스켓부재를 형성하도록 주조할 수 있는 다양한 중합체를 포함한다. 하나의 유용한 재료는 단부캡(3)에 대해 일반적으로 선정된 미국특허 제 5,669,949호에 개시된 것과 같은 폴리우레탄으로써 참조문헌으로 포함하였다. 가스켓(265)을 위한 재료는 14-22 lbs/ft³의 "주조시" 밀도를 갖고, 25%의 휨을 위하여 10psi의 압력이 요구되는 것과 같은 유연성을 보이는 최종 생산품으로 처리된 폴리우레탄(유연한 우레탄 포말)을 포함한다. 어떤 실시예에서는, "주조시"의 밀도가 14-22 lbs/ft³의 범위로부터 벗어난다. 폴리우레탄은 I35453R 수지와 I305OU 이소시아네이트(isocyanate)를 포함한다. 상기 재료는 I35453 수지와 I3050U 이소시아네이트를 100:36.2의 혼합비율(중량으로)로 만든다. 수지의 비중은 1.04(8.7 lbs/gallon)이며 이소시아네이트의 비중은 1.20(10 lbs/gallon)이다. 재료는 고 동력 전단 믹서(high dynamic shear mixer)로 전형적으로 혼합한다. 구성요소의 온도는 70-95 ℉이다. 주조 온도는 115-135℉ 이어야 한다.

수지재료 I35453R의 내역은 다음과 같다.

(a) 평균분자중량

1) 베이스 폴리에테르 폴리올(base polyether polyol)= 500-15,000

2) 디올(Diol)= 60-10,000

3) 트리올(Triol)= 500-15,000

(b) 평균 펑셔낼러티(functionality)

1) 총 시스템=1.5-3.2

(c) 히드록실(Hydroxil) 수

1) 총 시스템=100-300

(d) 촉매

1) 아민(amine)= 에어 프러덕트(Air Product) 0.1- 3.0 PPH

2) 주석= 위트코(Witco) 0.01-0.5 PPH

(e) 계면활성제(Surfactants)

1) 총 시스템=0.1-2.0 PPH

(f) 물

1) 총 시스템=0.03-3.0 PPH

(g) 안료/염료(Pigments/dyes)

1) 총 시스템=1-5% 카본 블랙(carbon black)

(h) 취입성형 물질(Blowing agent)

1) 0.1-6.0% HFC 134A.

I3050U 이소시아네이트의 내역은 다음과 같다.

(a) NCO 함유량= 22.4-23.4 wt%

(b) 점성, 25℃에서 cps =600-800

(c) 밀도 = 25℃에서 1.21 g/㎤

(d) 초기 끓는점= 5 mmHg 에서 190℃

(e) 증기압 = 25℃에서 0.0002 Hg

(f) 겉보기= 무색 액체

(g) 인화점(덴스키-마틴스 밀폐식(Densky-Martins closed cup))= 200℃

재료 I35453R과 I3050U는 바스프 주식회사(미국 미시간주, 와이언도트(Wyandotte), 481292)로부터 입수할 수 있다.

바람직하게는, 본체(206)는 그 내에(도19) 가스켓(265)을 수용하도록 배열되는 치수로 된 둘레의 홈통(272)을 포함한다. 도23은 본체(206)에 의해 유지되고 홈통(272) 내에 위치한 패널필터(268)를 도시한다. 도23은 도어(205)가 본체(206)로부터 개방되었을 때를 도시한다. 시일은 도어(205)가 닫혔을 때 둘레의 홈통(272)으로 가스켓(206)을 압착함으로써 도어(205)와 본체(206)사이에 제공된다.

도23에서, 패널필터(268)는 본체(206)에 있는 홈통(272)으로부터 패널필터(268)를 제거하는 것을 보조하는 임의의 핸들구조를 구비하는 것으로서 도시되어 있다. 도시된 특별한 예에서, 핸들구조는 한 쌍의 핸들 또는 당김탭(pull tap, 278, 279)을 포함한다. 당김탭(278,279)은 스크린(271)에 부착되고, 스크린(271)에 근접한 접힌 위치와 스크린(271)으로부터 연장한 수직위치 사이에서 선회할 수 있다. 당김탭(278, 279)은 소각될 될 수 있도록 된 비금속 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 하나의 유용한 재료는 유리가 채워진 나일론과 같은 플라스틱이다.

다른 실시예에서, 패널필터(268)는 핸들구조를 포함하진 않는다. 패널필터(268)는 둘레의 가스켓(265) 이나 스크린(271) 또는 상기 가스켓과 스크린의 조합을 잡음으로써 본체(206)로부터 제거될 수 있다.

다른 실시예에서, 가스켓(265)은 포말 실리콘(foamed silicon)을 포함할 수 있다. 포말 실리콘은 예들 들어, 내부 온도가 210 ℉이상일 때의 환경에서 유용하다.

바람직하게는 패널필터(268)는 사용을 위해 응집장치 필터(200)가 탑재될 때, 매개체(270)의 종(longitudinal) 주름(274)에 수직으로 즉, 상부벽(215)과 바닥벽(216) 사이에서 연장하도록 구성되는 치수를 갖는다. 상기한 액체 흐름으로부터 연유하는 유리한 점을 이하에서 설명하겠다.

매개체(270)로서 대해 하나의 유용한 재료는 주위의 공기-기름 안개상태에서 성능을 높이기 위해 피복되고 주름지어진 합성유리섬유 필터매개체이다. 합성유리섬유 필터매개체는 쓰리엠(3M, 미네소타, 에스티 폴(St Paul, Minnesota))으로부터 입수할 수 있는 지방성 탄화불소 재료와 같은 낮은 표면에너지 재료로 피복될 수 있다. 피복 또는 주름을 형성하기 전에, 상기 매개체는, 적어도 80파운드/3000평방피트이고 88파운드/3000평방피트보다 크지 않으며, 전형적으로 약 80-88파운드/평방피트(평방미터당 136.8 ±6.5 그램)의 범위에 있는 무게를 가진다. 매개체는 0.027±0.004인치(0.69±0.10 밀리미터)의 두께, 약 41-53의 미크론의 구멍크기, 약 21-27%의 수지 함유량, 12-23 psi(124 ±34 kPa)의 파열강도 웨트오프(wet off), 300℉에서 5분 경과 후의 37 ±12 psi(255±83 kPa)의 파열강도, 약 0.30-0.06 의 파열강도 비율, 분당 33 ±6 피트(분당 10.1 ±1.8 미터)의 투수성을 갖는다. 주름을 형성하고 피복한 후, 매개체는 다음의 성질 즉, 약 0.023-0.027 인치(0.58-0.69밀리미터)의 주름깊이, 인치당 약 6-10 파운드(인치당 3.6 ±0.91 킬로그램)의 습식(wet) 인장강도, 주름을 형성한 후의 30psi(207 kPa)의 건식(dry) 인장강도를 갖는다. 주름깊이는 적어도 2인치이고 약 2.5인치보다 크지 않으며, 전형적으로는 가스켓(265)의 첨단으로부터 최외측 영역으로 약 2.31 인치가 되도록 배열된다. 주름의 첨단과 가스켓(265)의 최내측 영역 사이의 길이는 적어도 약 1.5인치이고, 약2인치보다 크지는 않으며, 전형적으로는 약 1.8인치이다. 응집장치 필터(200)와 같은 구조 부분의 경우, 매개체(270)의 면속도는 적어도 약 0.1ft/min이고, 약 0.5ft/min보다는 적으며, 전형적으로는 약 0.1-0.5ft/min 이다. 바람직한 면속도는 약 0.4 ft/min 이다.

응집장치 필터(233)에 대하여 살펴보겠다. 응집장치 필터(233)는 일반적으로 원형의 형상을 한 폴리에스테르 섬유 매개체(322)를 포함한다. 도25, 도29 및 도30에 대하여 살펴보겠다. 매개체(322)는 제1, 제2 메이팅 하우징(324, 325)을 포함하는 프레임 또는 하우징 구조(378)에 의해 유지되고, 둘러싸인다. 하우징(325)은 외측 O-링 또는 가스켓(327)에 의해 둘러싸인다. 응집장치 필터(233)는 한 쌍의 지지체, 라이너 또는 스크린(320,321)을 포함한다. 스크린(320, 321)은 매개체(322)의 상류와 하류측 둘다에 위치하고 견고한 매개체 배열을 유지하도록 돕는다. 다양한 재료 예를 들면, 구멍이 형성된 금속, 강망, 플라스틱 같은 비금속 재료와 같은 재료가 개방 또는 다공성 스크린(320, 321)을 위해 사용될 수 있다. 일반적으로 가령 플라스틱, 즉 유리가 함유된 나일론 같은 비금속 재료가 이하에 설명되는 이유 때문에 바람직하다.

O-링 가스켓(327)은 본체(206)의 리시버(228)와 응집장치 필터(233) 사이에 시일을 제공한다. 도24는 리시버(228)와 하우징(311) 내에 위치한 응집장치 필터(233)를 도시한다. O-링 가스켓(327)은 응집장치 하우징(325)과 하우징(311)의 벽 사이에서 이들에 대해 압착되어 그 사이에서 반경방향 시일을 형성한다. 다른 실시예에서, O-링 가스켓은 하우징(325)과 리시버(328) 사이에서 시일된다. 도시된 실시예서, 하우징(324, 325)은 플라스틱 예를 들면, 델린(delrin) 과 같은 견고한 비금속 재료로 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 메이팅 하우징(324,325)을 대신할 수 있는 것은 매개체(322) 주위의 주조된 링 같은 단일의 주조된 하우징 구조이다. 실시예에서, 단일의 하우징구조 또는 링은 패널필터(268)의 둘레의 가스켓(265)을 형성하고, 참조문헌으로써 포함된 단부캡(3)을 위한 미국특허 제5,669,949호에 개시된 포말 폴리우레탄(foamed polyurethane)과 같은 압축성 재료로 구성된다. 어느 실시예에서는 "주조시" 밀도가 14-22 lbs/ft³의 범위로부터 다소 벗어날지라도, 주조 링을 위하여 유용한 특정의 폴리우레탄이 가스켓(265)과 관련하여 위에서 상세하게 설명되었다. 폴리우레탄이 매개체(322)의 모듈과 스크린(320,321) 주위에 주조되도록, 매개체 (322)를 양측 상에서 둘러싸는 스크린(320,321)을 가진 매개체(322)의 모듈 또는 패치(patch)가 적절한 주조체와 관련하여 위치한다. 이것은 매개체(322)의 모듈과 스크린(320, 321) 또는 이들의 조합의 주위에 주조되고, 이들을 유지하며 둘러싸는 바람직하게는 원형형상을 한 압축 가능한 하우징 구조를 초래하게 된다. 이러한 구조에서, 매개체(322) 주위에 주조된 포말 폴리우레탄 링은 하우징(311)과 리시버(228) 내에서 제거될 수 있도록 압착된다. 상기 링은 리시버(228)와 매개체(322)의 사이에서 이들에 대하여 압축되어 그 사이에서 반경방향의 시일을 형성한다.

도24에 대하여 살펴보겠다. 매개체(322)는 원형의 패치(patch)이고, 응집장치 필터(233)의 최하측 부위에 위치하며, 본체(206)에 형성된 창(330)의 최하측부에 있도록 향한다. 이러한 위치에서의 매개체(322)의 방향은 유리하다. 예를 들면, 응집장치 필터(322)는 가스흐름입구포트(210)를 통하여 온 가스흐름으로부터 가령, 기름과 같은 액체를 응집시킨다. 창(330)의 최하점에 있는 매개체(322)의 위치로 인하여 응집되는 액체는 하우징(324)위의 매개체(322)를 흘러나오도록 되고 액체배수구(212)를 향한 깔때기 형상의 바닥부(216)로 흐른다. 도25에서, 하우징(324, 325)의 완만한 어깨부(332, 333)의 형상은 매개체(322) 내에서 응집된 액체를 배수하는 것을 돕는다. 또한, 도19와 도24를 비교하면, 매개체(322)는 가스흐름입구포트(210)를 통해 흐르는 흐름의 직접적인 힘을 피하여 위치한다. 이러한 배열에 의해 하우징(324)은 입구포트(210)로부터의 가스흐름의 직접적인 힘으로부터 매개체(322)를 보호하는 격벽으로서의 역할을 한다.

도시된 실시예에서, 응집장치(233)는 중심을 달리하여 배치된 매개체(322)의 원형 패치를 가진 원형으로써 도시된다. 즉, 매개체(322)의 원형의 패치는 하우징 구조(378) 내에서 중심에서 벗어나서 또는 중심에서 이탈하여 위치한다. 그러나, 응집장치 필터(233)는 다양한 형태와 크기를 가질 수 있다. 예를 들면, 하우징 구조(378)는 원형이어야 할 필요는 없고, 다른 형상일 수도 있다. 매개체(322)도 원형일 필요는 없고 다른 형상 가령, 하우징 구조(378)의 전체 직경을 가로질러 연장하는 직사각형일 수도 있다. 또한, 매개체(322)는 하우징 구조(378)와 관련하여 그 중심에서 벗어난 위치에 위치해야 할 필요는 없다. 예를 들면, 매개체(322)는 하우징(324, 325)내의 중심에 위치할 수 있다. 그러나, 도면에 도시된 특별한 장치는 시선을 사로잡는 멋진 외관상의 이유로 사용된 것이다.

응집장치 필터(233)는 도29에 평면도가 도시된다. 응집장치 필터(233)의 반대측은 도시된 면과 대칭적인 형상을 한다. 매개체(322)를 위한 유용한 재료의 한 유형은 폴리에스테르 섬유질 매개체이다. 이 재료는 1.5 데니어(약 12.5 미크론)의 평균섬유직경과 적어도 0.85%의 자유상태에서의 솔리디티를 갖는다. 전형적으로, 자유상태의 솔리디티가 약 1.05% 이하이다. 전형적인 자유상태의 솔리디티는 0.85%-1.05%의 범위 내이다. 이 재료는 전형적으로 평방야드(square yard)당 3.1 온스보다 큰 중량을 가지며 전형적으로 평방야드당 3.8 온스 이하인 중량을 갖는다. 전형적인 무게는 평방야드당 3.1-3.8 온스(평방 미터당 105-129 그램)의 범위 내이다. 전형적으로, 매개체는 약 0.32인치보다 큰 0.002psi압축에서의 두께(자유두께)를 갖는다. 전형적으로, 매개체는 0.42인치보다 작은 0.002psi압축에서의 두께(자유두께)를 갖는다. 매개체에 대한 전형적인 자유두께는 0.32-0.42인치(8.1-10.7밀리미터)의 범위에 있다. 상기 매개체는 분당 약 370피트(분당 약113미터)나 되는 전형저인 투수성을 갖는다.

일반적으로, 응집장치 필터구조(200)는 또한 그 내에 바이패스 밸브구조(285)를 갖는다. 바이패스 밸브구조(285)는 체적(230) 및 응집장치 필터(233)로부터 상류 위치에 있는 하우징(311)의 내부 체적(335)과 유체흐름이 연통하도록 설치된다. 이것은 도17과 도26의 덕트(duct, 287)에 의해 제공된다. 덕트(287)는 응집장치 필터(233)와 가스흐름입구포트(210)의 사이에 체적(230)에 근접하여 위치한 포트(288)와 가스흐름이 연통하도록 설치된다.

바이패스밸브구조(285)는 또한 포트(291)를 경유하여 덕트(287)와 유체흐름이 연통하도록 된 바이패스밸브 리시버(290)를 포함한다. 포트(291)는 밸브부재(293)의 상류측 상에 설치된다. 밸브부재(293)는 시트(295)에 대하여 시일된 가요성의 다이아프램(294)을 포함하고, 그에 대하여 스프링(296)과 컵(297)에 의해 지지되고 유지된다. 플러그(338)는 리시버(290)에 의해 수용되고, 스프링(296)이 대향하여 압축될 후표면을 제공한다. 다이아프램(294)의 하류측(298)에는 가스흐름 바이패스 출구(299)가 설치된다. 유도관 구조(310)를 통해(도17, 도19) 구멍(340)이 제공된다. 구멍(340)은 리시버(290)에 있는 개구(342)와 공기흐름이 연통하도록 된다. 개구(342)와 공기흐름이 연통하도록 되어 있는 구멍(340)은 대기를 향해 구멍이 나있다. 개구(342)는 다이아프램(294)의 뒤에서 체적(344)으로 입구포트를 제공한다. 그러므로, 체적(344)의 압력은 대기압 수준이다.

정상적인 사용에서, 바이패스출구(299)를 통한 가스흐름출구는 스프링(296)으로부터의 압력 하에 다이아프램(294)에 의해 봉쇄된다. 그러나, 덕트(287)내의 압력이 지정된 한계를 초과하면, 다이아프램(294)은 가스흐름이 응집장치 필터(233)를 통하여 통과하지 않고 직접 바이패스 출구(299)로 향하기에 충분하도록 시트(295)로부터 휘게 된다. 이와 같이, 예를 들어, 응집장치 필터(233) 및/또는 패널필터(268)가 충분히 맞물림으로 인한 구속의 결과로서, 입구포트(210) 내에서 압력이 충분히 증가되면, 바이패스 밸브구조(285)는 파이패스출구(299)를 통하여 새어나오는 바이패스를 허용함으로써 엔진시일과 장치를 보호한다.

도28에 대하여 살펴보겠다. 도28은 본 발명에 따른 응집장치 필터구조(200)의 하나의 가능한 실시예를 도시한 개략도이다. 블록(350)은 터보가 장착 디젤엔진을 도시한다. 공기필터 또는 클리너(352)는 대기로부터 흡입된 공기를 정화한다. 터보(354)는 공기필터(352)로부터 정화된 공기를 끌어들여 엔진(350)으로 밀어낸다. 엔진(350)에 있는 동안, 공기는 피스톤 및 연료와 맞물림으로써 압축과 연소과정을 거치게 된다. 연소과정 동안 엔진(350)은 블로바이가스를 발산한다. 필터(200)는 엔진(350)과 가스흐름이 연통하도록 되어 블로바이가스를 정화한다. 필터(200)로부터 공기는 채널(356)과 압력밸브(358)를 통하여 흐른다. 그곳으로부터 공기는 터보(354)에 의해 다시 흡입되어 엔진(350)으로 보내진다. 조절밸브 또는 압력밸브(358)는 엔진크랭크케이스(350)에서의 압력의 크기를 조절한다. 압력밸브(358)는 엔진크랭크케이스(350)에서의 압력이 증가함에 따라, 더욱더 개방되어 압력이 최적의 수준으로 감소하도록 한다. 압력밸브(258)는 엔진 내에서의 압력을 증가시키는 것이 바람직할 때, 조금 더 닫힌다. 엔진크랭크케이스(350)에서 압력이 어느 정도를 초과하면, 엔진의 손상을 막기 위해 대기로 체크밸브(360)가 개방되도록 체크밸브(360)가 제공된다.

A. 작동예

작동시에, 응집장치 필터구조(200)는 다음과 같이 작동한다. 엔진크랭크케이스로부터의 블로바이가스는 가스흐름입구포트(210)에 의해 흡입된다. 상기 가스는 응집장치 필터(233)를 통과하여 흐른다. 응집장치 필터(233)는 가스흐름의 나머지 부분으로부터 임의의 동반된 고체를 가진 액체를 분리한다. 액체는 후벽(219)의 전방측을 따라 하우징(324)위의 매개체(322)를 흘러나오고, 깔때기 형상의 바닥부(216)를 따라 흐른 후, 액체 배수구(212)를 통하여 아래로 흐른다. 이 액체물질은 종종 기름이며, 재사용을 위하여 크랭크케이스로 재순환 된다. 응집장치(233)에 의하여 응집되지 않은 가스흐름은 제2단 필터 또는 패널필터(268)로 계속 흐른다. 패널필터(268)는 가스흐름으로부터 여분의 입자와 고체를 제거한다. 패널필터(268)는 입자 그리고 임의의 액체가 주름 상에서 수집되고 응집되어 배수구(212)를 향하여 중력에 의해 낙하하여 배수되도록 수직의 주름을 갖는다. 그 후, 상기 가스는 가스흐름출구포트(211)를 통하여 배출된다. 그곳으로부터, 가스는 예를 들면, 엔진흡입 시스템의 터보로 향할 수 있다.

응집장치 필터(233) 또는 패널필터(268)중 어느 하나가 막히거나 밀폐되면, 스프링(296)에 대하여 다이아프램(294)에 힘을 가하는 압력이 덕트(287)를 채우게 된다. 결과적으로, 이 힘은 시트(295)로부터 다이아프램(296)을 이동시키게 되어 가스가 바이패스 출구(299)를 통해 흐르도록 한다.

응집장치 필터와 패널필터(268)는 다음과 같이 교환된다. 도어(205)는 나비볼트(260, 261)를 풀어서 본체(206)로부터 제거한다. 그러면, 도어(205)는 힌지탭(240, 241)과 리시버(243, 244)를 경유하여 회전한다. 이는 도23에 도시된 바와 같다. 즉, 패널필터(268)의 하류측을 볼 수 있게 된다. 하나의 실시예에서, 패널필터(268)와 응집장치 필터(233)는 분리되고 독립된 부재이다. 그러므로, 패널필터(268)는 본체로부터(206) 제거되어 처리된다. 이것은 예를 들면, 당김탭(278,279)을 잡고 홈통(272)으로부터 패널필터(268)를 빼냄으로써 행해진다. 그러면, 필터를 교환하는 사람은 도24에 도시된 장면을 보게 된다. 즉, 응집장치 필터(233)는 리시버(228)와 하우징(311) 내에서 제 위치에 시일되어 있다. 응집장치 필터(233)는 리시버(228)로부터 제거되어 처리된다. 두 번째의 새로운 응집장치 필터는 도24에 도시된 바와 같이, 하우징(311)과 리시버(228) 내에서 방향이 맞춰진다. 응집장치 필터와 리시버(228)사이의 가스켓은 응집장치 필터가 적절하게 설치되었을 때, 시일을 형성한다. 다음으로, 제2의 새로운 패널필터(268)는 본체(206)의 둘레의 홈통(272) 내에서 방향이 맞춰진다. 이것이 도23에 도시된다. 그 후, 도어(205)는 힌지탭(240, 241)과 리시버(243, 244) 사이에서 그 선회장치 상에서 닫힌 위치로(도17, 도18) 선회한다. 나비볼트(260, 261)는 개구(253a, 254a) 내에서 회전하여 도어(205)와 본체(206)사이에서 가스켓 부재(265)가 시일을 형성하도록 조여진다.

응집장치 필터(233)와 패널필터(268)를 처리하면, 바람직하게는, 이들 구조는 중량으로 적어도 95%, 더욱 바람직하게는 적어도 98%, 전형적으로는 99% 또는 100%의 비금속 재료로 이루어진다. 스크린이(271, 320, 321) 가령, 플라스틱과 같은 비금속 재료로 구성되고 응집장치 필터(233)와 패널필터(268)는 각각 완전히 비금속으로 이루어지고, 소각될 수 있으며, 찌꺼기를 거의 남기지 않는다. 이것은 응집장치 필터(233)와 패널필터(268)를 편리하고 깨끗하게 처리하도록 해주며, 땅에 파묻을 공간을 차지하지 않게 한다.

다른 실시예에서, 응집장치 필터(233)와 패널필터(268)는 서로 부착되고 고정된다. 이 실시예에서, 패널필터(268)를 제거하면 응집장치 필터(233)도 역시 제거된다. 패널필터(268)와 응집장치 필터(233)의 조합은 본체(206)로부터 제거되어 처리(예들 들면, 소각)된다. 응집장치 필터(233)에 고정된 패널필터(268)의 두 번째 다른 조합은 하우징(311)과 리시버(228)에서 응집장치 필터(223)의 방향이 맞춰져서 본체(206)에 삽입되거나, 위치하거나, 설치된다. 이것이 완료되면, 패널필터(268)는 주위 홈통(272) 내에서 방향이 맞춰진다. 도어(205)는 본체(206)에 의해 둘러싸이고, 가스켓 부재(206)에 의해 죄어진다. 이로써 본체(206)와 도어(205) 사이에 시일이 형성된다.

B. 특별한 예

응집장치 필터구조(200)를 위한 하나의 특별한 예가 여기에서 설명된다. 물론, 매우 다양한 장치 및 치수가 본 발명의 범위 내에 포함된다.

응집장치 필터(200)는 300마력 캐터필러(Caterpillar) 3406B 엔진에서 유용하다. 엔진은 6개의 실린더로 적어도 14.0리터 전형적으로는 14.6리터의 피스톤 배기량을 갖는다. 이것은 전형적으로 적어도 35쿼트(quart)의 기름 그리고 전형적으로는 약40쿼트의 기름을 차지한다. 이 엔진은 슈비쩌(Schwitzer) 터보 과급기를 사용한다.

응집장치 필터구조(200)는 특히, 적어도 50마력을 갖는 터보 장착 디젤엔진에 적용될 수 있다. 이것은 2 등급 트럭에서 8등급 트럭 그리고 그 이상의 등급의 트럭을 포함한다. 터보가 장착 디젤엔진 이외의 엔진도 본 발명의 응집장치 필터구조(200)에 대해 적용될 수 있다. 예를 들면, 천연가스엔진 또는 가솔린엔진에 또한 응집장치 필터 구조(200)를 사용할 수 있다.

바람직한 적용에 있어서, 응집장치 필터구조(200)는 크기 등급이 8 또는 그 이상인 대형 엔진에 대해 사용될 수 있다. 전형적으로 8등급 또는 그 이상의 엔진에 대한 공기흡입비율은 적어도 2000 cfm이고 전형적으로는 2000-3000cfm이다. 6 내지 8 등급의 중형 크기의 엔진 또한 필터구조(200)와 사용될 수 있다. 6 내지 8 등급의 중형엔진은 전형적으로는 적어도 1000 cfm이고, 종종 2000 cfm보다 크지 않은 공기흡입비율을 갖는다. 전형적인 6 내지 8등급 크기의 엔진은 1000-2000cfm의 공기 흡입 비율을 갖는다. 필터구조(200)와 또한 사용될 수 있는 4 내지 6 등급의 소형 크기의 엔진의 공기 흡입 비율은 전형적으로 적어도 1000 cfm이고, 1500 cfm보다 크지 않다. 4 내지 6등급 크기의 엔진은 전형적으로 1000-1500 cfm의 공기 흡입 비율을 갖는다.

본 발명에 따라 시험된 하나의 필터구조(200)는 기름중량으로 87%의 효율로 600시간동안 작동할 수 있다. 크랭크케이스 압력이 3 인치의 수압(3 inches of water)에서 5인치의 수압으로 증가할 때까지 구조(200)는 600시간 동안 작동한다. 즉, 2인치의 수압이 작용하였다.

크랭크케이스 내압은 특별한 경우의 적용이라는 점을 유의하여야 한다. 어떤 적용에서, 공기에 먼지나 잔해가 많지 않은 선박시스템과 같은 시스템에서는 크랭크케이스는 부압(즉, 약 2-3인치의 수압)을 갖는다. 다른 적용에서, 공기에 먼지나 잔해가 많은 비포장도로용 트럭이나 시내버스 같은 시스템에서는 크랭크케이스는 정압을 갖는다. 필터구조(200)는 전형적으로 터보 장착 디젤엔진이나 비포장도로용 차량에서 찾아볼 수 있는 정압 크랭크케이스나 선박엔진에서 찾아볼 수 있는 부압 크랭크케이스 둘 중의 어느 하나와 작동될 수 있는 융통성을 가진다.

여기서 설명된 기술을 사용하여 매우 다양한 특별한 배열과 적용이 가능하다는 것을 알게 될 것이다. 다음의 치수는 전형적인 예이다. 이 범위는 필요 이상으로 크거나 고가인 장비를 요하지 않고도, 만족스러운 작업을 수행할 수 있기 때문에 바람직하다. 이하에 설명된 범위 이외의 범위가 고려된다하더라도 다음이 편리하고 전형적이다.

도어(205)는 약 6-9인치 사이, 전형적으로는 약 7인치의 폭을 갖고, 약 8-11인치 사이, 전형적으로는 약 9.5인치의 길이를 갖는다. 도어(205)는 약 2-3 인치, 전형적으로는 2.4인치의 깊이를 갖는다. 가스흐름출구포트(211)는 약 1인치의 직경을 갖는다.

본체(206)는 적어도 6인치이고, 약 9인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약6-9인치이며, 전형적으로는 7인치인 폭을 갖는다. 도어(206)는 적어도 약 8인치이고, 약 11인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 8-11인치이며, 전형적으로는 약 9인치인 길이를 갖는다. 도어(206)는 적어도 약 2.5인치이고, 약 4인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 2.5-4 인치 사이이고, 전형적으로는 약 3.2인치인 깊이를 갖는다. 배수구(212)는 적어도 0.5인치이고, 2인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 0.5-2인치 사이이고, 전형적으로는 약 1.2 인치인 직경을 갖는다. 창(300)은 적어도 2.5인치이고, 약 3인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 2.5-3인치이며, 전형적으로는 약 2.7인치인 직경을 갖는다.

함께 조립되면, 도어(205)와 본체(206)는 적어도 5인치이고, 8인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 5-8인치 사이이고, 전형적으로는 6.4인치인 깊이를 갖는다.

패널필터(268)는 적어도 약 8인치이고, 약 11인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 8-11인치 사이이고, 종종 약 9인치인, 가스켓(265)을 포함하는 길이를 가지고, 적어도 6인치이고 약 8인치보다는 크지 않으며 종종 약 7인치의 폭을 갖는다. 주름종이는 적어도 약 40개이고, 약 70개보다는 많지 않으며, 전형적으로는 45-60개이고, 특별하게는 53개인 주름을 갖는다. 각각의 주름은 적어도 약 1.5인치이고, 약 3인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 2.0-2.5인치의 범위 내에 있고, 종종 약 2.3인치인 주름깊이를 갖는다. 주름길이는 적어도 7인치이고, 9인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 7-8.5인치의 범위 내에 있고, 종종 약 8.3인치이다. 주름필터(268)는 적어도 약 35 평방인치이고, 약 75평방인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 40-70평방인치의 범위 내에 있고, 종종 약 43평방인치인 주위의 원주면적을 갖는다. 주름 매개체(270)는 적어도 약 10평방피트이고, 약 15평방피트보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 10-15평방피트의 범위 내에 있고, 바람직하게는 약 12평방피트인 하류매개체 표면을 갖는다.

응집장치 필터(233)는 적어도 2인치이고, 4인치보다는 크지 않으며, 전형적으로 2-4인치 범위 내에 있고, 전형적으로는 약 3인치인 원형의 외경을 갖는 하우징을 포함한다. 응집장치 필터(233)의 두께는 적어도 0.5인치이고, 1.5인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 0.5-1.5인치의 범위 내에 있고, 전형적으로는 약 1인치이다. 매개체(322)의 직경은 적어도 약 1인치이고, 약 2인치보다 크지 않으며 전형적으로는 1-2인치의 범위 내에 있고, 전형적으로 약 1.4인치이다. 매개체(322)를 가로지르는 두께는 적어도 약 0.5인치이고, 0.7인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 0.5-0.6인치의 범위 내에 있다. 매개체(322)는 약 12.5미크론의 평균 섬유 크기와 약 1.05%보다는 크지 않은 자유상태에서의 퍼센트 솔리디티를 갖는 섬유를 포함한다. 매개체(322)는 적어도 1평방인치이고, 약 2.5평방인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 1-2평방인치이고, 전형적으로는 1.5평방인치인 상류 노출표면적을 갖는다.

응집장치 필터(233)는 주름 매개체(270)의 상류 매개체 표면적의 적어도 0.4%이고, 약 1.5%보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 0.5-1%의 범위 내에 있고, 전형적으로는 약 0.8%인 상류 매개체 표면적을 갖는다.

유도관구조(310)는 필터 하우징(311)과 밸브 하우징(312)의 각각의 중심사이의 거리가 적어도 약 3인치이고, 약 5인치보다는 크지 않으며, 전형적으로는 약 3-5인치이고, 전형적으로는 4인치이다. 필터하우징(311)은 약 2-4인치이고, 전형적으로는 약 3.1인치의 직경을 갖는다. 밸브하우징(312)은 약 3-5인치이고, 전형적으로는 4.2인치인 직경을 갖는다. 입구포트(210)는 약 0.5-1.5인치이고, 전형적으로는 약 1인치인 직경을 갖는다. 바이패스밸브 출구포트(299)는 약 1-2인치이고, 전형적으로는 1.4인치인 직경을 갖는다. 리시버(290)는 4-6인치이고, 전형적으로는 4.7인치의 직경을 갖는다. 이것은 0.5-1.5인치이고, 전형적으로는 약 1.1인치인 총 두께를 갖는다. 스프링(296)은 약 0.5-1인치이고, 전형적으로는 약 0.8인치인 직경을 갖는다. 이것은 압착되지 않은 상태에서 약 0.75-1.25인치이고, 전형적으로는 약 1.1인치인 축방향의 길이를 갖는다. 다이아프램(294)은 약 4.5-5.25이고, 전형적으로는 약 4.7인치의 직경을 갖는다.

본 발명의 다른 실시예는 여기에 개시된 본 발명의 세부사항과 실시의 고려로부터 당업자에게 분명할 것이다.

Claims (41)

1. 제1 상류 표면적을 갖는 비직조 섬유 매개체를 포함하는 제1단 응집장치 필터와,

   상기 응집장치 필터로부터 하류에 위치하며 제2 상류표면적을 가지는 주름 매개체를 포함하는 제2단 필터요소를 구비하고,

   상기 응집장치 필터 매개체의 제1 상류표면적이 상기 제2단 필터요소의 상기 매개체의 상기 제2 상류표면적의 단지 25%인

   디젤엔진 블로바이 회수 시스템.
2. 제1항에 있어서,

   가스흐름입구와 가스흐름출구를 가지는 내부를 정의하는 하우징 구조와,

   제1단 응집장치 필터와 상기 하우징의 내부에 위치하는 제2단 필터요소

   를 더 포함하는 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1단 응집장치 필터에서 수집된 액체를 수용하도록 방향이 맞춰진 액체수집장치

   를 더 포함하는 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 액체수집장치와 유체흐름이 통하도록 되고 상기 하우징 구조 내부로부터 수집된 액체를 선택적으로 배수하도록 구성되고 배열된 액체 배수구 구조

   를 포함하는 시스템.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2단 필터요소는 상기 하우징구조 내부로부터 주기적으로 제거되고 그 내에 교환되도록 구성되고 배열된 것

   을 특징으로 하는 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제2단 필터요소는 패널필터인 것

   을 특징으로 하는 시스템.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1단 응집장치 필터는 상기 하우징 구조 내부로부터 주기적으로 제거되고, 그 내에 교환될 수 있도록 구성되고 배열된 것

   을 특징으로 하는 시스템.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1단 응집장치 필터는 상기 제2단 필터요소로부터 물리적으로 분리된 필터요소인 것

   을 특징으로 하는 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 응집장치 필터는 제1측부와 상기 제1측부에 대향하는 제2측부를 구비한 응집장치 필터 하우징 내에 위치한 에어로졸 응집 매개체의 영역을 포함하고,

   상기 응집장치 필터의 제1측부는 그 내에 상류 가스흐름입구통로를 포함하며,

   상기 응집장치 필터하우징의 제2측부는 그 내에 가스흐름출구통로를 포함하는 것

   을 특징으로 하는 시스템.
10. 제9항에 있어서,

    상기 응집장치 필터는 그것을 따라 위치한 시일부재를 갖는 외측 둘레를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
11. 제10항에 있어서,

    상기 시일부재는 O-링인 것

    을 특징으로 하는 시스템.
12. 제10항에 있어서,

    상기 시일부재는 그 내에 삽입된 매개체의 영역을 가지는 상기 응집장치 필터 하우징의 외측 둘레를 따라 위치하고 주조된 중합체로 된 압축성 포말 링을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 응집장치 필터 하우징은 원형의 외측 둘레를 가지고,

    상기 응집장치 필터의 상류 가스흐름입구는 상기 원형의 외측둘레에 관하여 중심을 달리하여 위치하고,

    상기 응집장치 필터의 하류 가스흐름출구는 상기 원형의 외측둘레에 관하여 중심을 달리하여 위치하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 응집장치 필터의 상류 가스흐름입구는 원형이고,

    상기 응집장치 필터의 하류 가스흐름출구는 원형인 것

    을 특징으로 하는 시스템.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2단 필터는 유리섬유필터 매개체를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제2단 필터는 지방성 탄화불소 재료로 적어도 부분적으로 피복된 유리섬유필터매개체인 것

    을 특징으로 하는 시스템.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2단 필터는 적어도 2인치의 주름 깊이를 가지는 주름 매개체인 것

    을 특징으로 하는 시스템.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    제1단 응집장치 필터는 단지 1.8%의 자유상태 솔리디티를 가지는 섬유 매개체를 포함하는 것

    을 특징을 하는 시스템.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 단지 25미크론의 평균 섬유직경을 가지는 섬유 매개체를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
20. 제19항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 9-25 미크론의 범위 내에 있는 평균 섬유직경을 가지는 섬유 매개체를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 폴리에스테르 섬유를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 상기 제2단 필터요소의 표면적의 단지 10%에 해당하는 노출된 상류표면적을 가지도록 형성된 것

    을 특징으로 하는 시스템.
23. 제22항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 상기 제1단 필터요소의 매개체의 표면적의 약 단지 1.5%에 해당하는 노출된 상류 표면적을 가지도록 형성된 것

    을 특징으로 하는 시스템.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1단 응집장치 필터는 1-2 평방인치의 노출된 상류표면적을 가지는 섬유질의 에어로졸 응집장치 매개체를 포함하고,

    상기 제2단 필터요소는 적어도 45개의 주름, 적어도 2인치의 주름깊이, 적어도 7인치의 주름길이, 적어도 40평방인치의 둘레면적, 및 적어도 10평방피트의 상류 매개체 표면적을 가지는 주름 매개체를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제2단 필터요소는 상기 주름 매개체의 하류측 상에 라이너를 포함하고, 상기 라이너는 비금속 재료를 포함하며,

    상기 제1단 응집장치 필터는 제1스크린과 제2스크린을 포함하며, 상기 제1스크린은 상기 응집장치 필터 매개체의 상류부를 덮고, 상기 제2스크린은 상기 응집장치 필터 매개체의 하류부를 덮으며, 상기 제1 및 제2 스크린은 비금속 재료를 포함하고,

    상기 제1단 응집장치 필터와 상기 제2단 응집장치 필터는 중량으로 적어도 99%의 비금속 재료를 각각 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

    블로바이 통풍구를 구비하는 디젤엔진시스템과,

    상기 제1단 응집장치 필터는 그로부터 블로바이 가스를 수용하기 위하여 상기 크랭크케이스 블로바이 통풍구와 가스흐름이 통하도록 위치한 제1 응집장치 필터

    를 더 포함하는 시스템.
27. 제26항에 있어서,

    공기를 상기 엔진 시스템으로 흡입하기 위한 엔진공기흡입시스템과 상기 제2단 필터요소로부터 상기 엔진공기흡입시스템으로 가스흐름을 향하도록 구성되고 배열된 가스흐름장치를 포함하는 상기 엔진시스템

    을 더 포함하는 시스템.
28. 제26항 또는 제27항에 있어서,

    상기 엔진 시스템은 적어도 50마력의 디젤엔진을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 시스템.
29. 에어로 응집장치 필터 매개체의 영역은 제1 측부, 상기 제1 측부에 대향하는 제2측부, 단지 25미크론 평균 섬유직경을 가지는 비직조 섬유 매개체, 및 제1 노출 표면적을 구비하는 상기 제1 측부를 구비하고,

    하우징은 제1측부, 상기 제1측부에 대향하는 제2측부, 외측둘레를 구비하며, 상기 하우징의 제1측부는 그 내에 가스흐름통로를 가진 제1표면을 구비하는 상기 제1측부를 구비하고,

    매개체의 상기 영역은 상기 하우징 내에 위치하며, 상기 매개체의 제1측부는 상기 하우징의 제1측부에 있는 상기 가스흐름통로에 의해 노출되며,

    상기 하우징의 제2측부는 그 내에 가스흐름통로를 가진 제2표면을 구비하고,

    매개체의 상기 영역은 상기 하우징 내에 위치하고, 상기 매개체의 제2측부는 상기 하우징의 제2측부에 있는 가스흐름통로에 의해 노출되며,

    상기 하우징은 상기 외측 둘레를 따라 위치한 시일부재를 포함하는

    에어로졸 응집장치 필터.
30. 제29항에 있어서,

    상기 시일부재는 O-링을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 필터.
31. 제29항에 있어서,

    상기 하우징은 그 내에 상기 매개체가 삽입되는 상기 시일부재 외측 둘레를 정의하는 주조된 포말 중합체 재료를 포함하는 것

    을 특징으로 하는 필터.
32. 제29항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하우징의 외측 둘레는 원형이고, 상기 제1 및 제2 가스흐름 통로는 상기 하우징에 중심을 달리하여 위치한 것

    을 특징으로 하는 필터.
33. 제32항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 가스흐름통로는 원형인 것

    을 특징으로 하는 필터.
34. 디젤엔진으로부터 에어로졸 응집장치 필터로 블로바이 가스를 흐르도록 하는 단계,

    응집장치 필터로 상기 가스로부터 적어도 일부의 에어로졸상을 수집된 액체로서 제거하는 단계,

    적어도 일부의 에어로졸상을 제거하는 상기 단계 후에 상기 가스를 주름 매개체 필터로 흐르도록 하는 단계,

    주름 매개체 필터로 상기 가스로부터 적어도 일부의 미립자를 여과하는 단계 및,

    적어도 일부의 수집된 에어로졸상을 제거하는 상기 단계 후에 상기 수집된 액체를 배수구 구조로 향하도록 하는 단계

    를 포함하는 디젤엔진 블로바이 가스 취급방법.
35. 제34항에 있어서,

    미립자를 여과하는 상기 단계 후에 상기 가스를 엔진공기흡입시스템으로 흐르도록 하는 단계

    를 포함하는 방법.
36. 제34항 또는 제35항에 있어서,

    디젤엔진으로부터 응집장치 필터로 블로바이 가스를 향하도록 하는 상기 단계는 적어도 50마력인 디젤엔진의 크랭크케이스로부터 블로바이 가스를 향하도록 하는 것을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 방법.
37. 제1 에어로졸 응집장치 필터와 주름 매개체 필터를 가지는 디젤엔진 블로바이 회수 시스템 수리방법으로서,

    하우징구조 본체의 내부에 접근하는 단계,

    상기 본체에 위치한 제1 주름매개체필터와 제1 에어로졸 응집장치 필터 중 적어도 어느 하나를 상기 본체로부터 제거하는 단계,

    상기 제거하는 단계 후에 상기 본체에 교환 응집장치 필터와 교환 주름매개체 필터 중 적어도 어느 하나를 삽입하는 단계, 및

    상기 하우징구조 본체 내부로의 접근을 종료하는 단계

    를 포함하는 디젤엔진 블로바이 회수 시스템 수리방법.
38. 제37항에 있어서,

    상기 접근하는 단계는 상기 본체로부터 커버부재를 제거하는 것을 포함하고,

    상기 종료하는 단계는 상기 본체 상에서 상기 커버부재를 교환하는 것을 포함하며,

    상기 접근하는 단계는 상기 커버부재와 상기 제1 주름 매개체 필터 사이의 시일을 부수는 것을 포함하고,

    상기 종료하는 단계는 상기 커버부재와 상기 제1 또는 제2 주름 매개체 필터 사이에 시일을 형성하는 것을 포함하는 것

    을 특징으로 하는 수리방법.
39. 제37항 또는 제38항에 있어서,

    제1 주름매개체필터와 제1 응집장치 필터 중 적어도 어느 하나를 상기 본체로부터 제거하는 상기 단계는 제1 주름매개체필터와 제1 응집장치 필터 둘 다를 제거하는 것을 포함하고,

    상기 본체에 교환 응집장치 필터와 교환 주름매개체 필터 중 적어도 어느 하나를 삽입하는 상기 단계는 상기 본체에 교환 응집장치 필터와 교환 주름매개체 필터 둘 다를 삽입하는 것을 포함하며,

    상기 제거하는 단계 후에 상기 제1 주름 매개체 필터와 제1 응집장치 필터를 소각하는 것

    을 특징으로 하는 수리방법.
40. 지방성 불화탄소 재료로 피복된 유리섬유필터 매개체와 적어도 2인치의 주름깊이를 각각 갖는 적어도 40개의 주름 및 적어도 35평방인치의 둘레 면적을 포함하는 주름필터 매개체 를 가지는 패널필터구조와,

    중합체 재료를 포함하는 외측 가스켓 부재 및,

    상기 주름필터 매개체를 덮는 관계로 위치하는 매개체 스크린

    을 포함하는 패널필터요소.
41. 제40항에 있어서,

    상기 주름필터 매개체는 적어도 45개의 주름을 구비하고, 적어도 7인치의 주름길이, 적어도 40평방인치의 둘레면적, 적어도 10평방피트의 상류 매개체 표면적을 포함하며,

    상기 외측 가스켓 부재는 포말 폴리우레탄을 포함하며,

    상기 매개체 스크린은 비금속재료를 포함하고,

    상기 패널필터요소는 그에 작동하도록 부착된 핸들을 더 포함하는 것

    을 특징으로 하는 패널필터장치.