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KR20050096945A - 연료 필터용 증발 장치 - Google Patents

연료 필터용 증발 장치 Download PDF

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KR20050096945A KR1020057013464A KR20057013464A KR20050096945A KR 20050096945 A KR20050096945 A KR 20050096945A KR 1020057013464 A KR1020057013464 A KR 1020057013464A KR 20057013464 A KR20057013464 A KR 20057013464A KR 20050096945 A KR20050096945 A KR 20050096945A
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Abstract

본 발명은 연료 유입구(2), 연료 유출구(3) 및 연료 필터 내의 연료로부터 물을 분리하고 배출하기 위한 수단을 포함하는 연료 필터, 특히 디젤 필터에 관한 것이다. 본 발명에 따라 연료 필터로부터 분리된 물을 배출하는 것이 간단해지고 특히 물이 계속해서 배출될 수 있도록 반침투성 막(7)이 제공되고, 상기 막에 의해 연료 필터로부터 물이 배출될 수 있다.

Description

연료 필터용 증발 장치{EVAPORATION UNIT FOR A FUEL FILTER}
본 발명은 연료 유입구, 연료 유출구 및, 연료 필터 내에서 연료로부터 물을 분리하여 배출하는 수단을 포함하는 연료 필터, 특히 디젤 필터에 관한 것이다.
연료 필터는, 디젤 연료에 포함된 입자 또는 물을 필터링 하기 위해 특히 디젤 엔진에서 사용되면, 디젤 연료에 포함된 입자 및 물에 의해 예컨대 연료 시스템의 오염, 양호하지 못한 연소 또는 연료 시스템 내의 부식과 같은 장해와 손상이 방지된다. 이를 위해, 종래의 디젤 필터는 물 분리기를 포함하는 필터 소자와, 상기 필터 소자 하부에 배수조를 구비하고, 상기 배수조에는 연료로부터 분리된 물이 수합될 수 있다. 필터링된 연료가 연료 필터로부터 연료 유입구를 통해 흐르는 한편, 연료 필터의 바닥에 있는 배수조에 수합된 물은 배수조에 할당된 물 배출구를 통해 배출된다.
US 4, 264, 442 호에 배수조를 구비한 연료 필터가 공지되어 있고, 상기 배수조의 바닥에는 밸브를 통해 폐쇄 가능한 물 배출구가 배치되고, 상기 물 배출구는 관을 통해 다음에 배치된 챔버와 연결된다. 밸브는 배수조 내에 배치된 수위 센서에 의해 제어된다. 상기 센서에 의해, 일정한 물의 양이 배수조 내에 수합된 것이 검출되면, 밸브가 개방되고 물의 상당량이 배수조로부터 흡입되어 관을 통해 다음에 배치된 챔버로 배출된다. 이러한 방법은 물을 모으는 챔버가 규칙적인 간격으로 비워져야 하고 연료 필터는 이점에 있어서 서비스를 받아야 한다는 단점을 갖는다.
이러한 단점은 US 4, 637, 351 호에 공지된 연료 필터 시스템에서는 나타나지 않는다. 상기 시스템에서 물 배출구는 여려 관과 챔버를 통해 엔진의 흡기 및 배기 시스템과 연결되고, 저압을 공급받는다. 수위 센서가 연료 필터의 배수조 내의 일정한 양의 물을 검출하면, 밸브는 전자석에 의해 개방되므로, 배수조 내에 수합된 물은 저압에 의해 흡입되고 공기 흡기 또는 배기 시스템에 공급된다. 결과적으로 배출된 물은 연소되거나 또는 배기 중에 증발된다.
상기 시스템에서 물은 엔진에 의해 바로 제거되지만, 연료 필터의 물 배출구를 엔진에 연결하는 것은 공정이 복잡하고 따라서 비용이 많이 드는 단점이 있다. 또한, 물을 엔진의 흡기 시스템 내로 공급하는 경우, 연료 필터의 배수 동안 연소 공기는 상당히 축축해지고, 그러한 관점에서 적어도 일시적으로 연소에 불리한 영향을 준다는 단점이 있다.
상기 연료 필터로부터 간단하게 물을 배출하는 것을 불가능하다. 왜냐하면 필터에서 분리된 물은 깨끗하지 않기 때문에 환경을 오염시킬 수 있기 때문이다.
도 1은 막을 구비한 연료 필터의 기본도.
도 2는 제올라이트 막을 구비한 연료 필터의 기본도.
도 3은 도 1에 따른 연료 필터에서 시간에 따라 이송된 물의 체적의 그래프.
그와 달리 본 발명의 목적은 상기 언급된 단점을 갖지 않고, 물의 배출과 관련하여 엔진의 다른 부품에 의존하지 않고 작동될 수 있고 서비스가 필요없는 연료 필터를 제공하는 것이다. 연료 필터는 간단하게 형성되어야 하므로 저렴하게 제조되어야 한다.
상기 목적은 상기 언급된 방식의 연료 필터에서, 연료 필터로부터 물을 배출하는 적어도 하나의 반 침투성 막에 의해 달성된다.
반 침투성 막은 공지된 연료 필터에 비해 두 가지 장점을 제공한다. 한편으로는 연료에 포함된 물이 계속해서 연료 필터로부터 배출되고, 따라서 연료 필터의 구조가 간단해짐으로써 가능하고, 다른 한편으로는 막을 통해 연료 필터로부터 배출된 물이 깨끗하다는 점이다. 그러한 점에서, 물은 간단하게 주변으로 배출될 수 있다.
기본적으로 연료에 포함된 나머지 성분, 특히 연료 자체로부터 물을 분리하는데 적합한 경우, 연료 필터로부터 물을 배출하는데 모든 종류의 막이 고려된다. 침투 증발 분리에 적합한 막, 특히 교차 결합된, 비동기 PVA(폴리비닐알콜) 합성 막이 사용되는 것이 특히 바람직하다.
특히 분리 방법으로서 침투 증발 분리의 장점은 배출되는 물이 수증기로서 배출되고 그러한 수증기로서 주변에 배출될 수 있는 것이다.
침투 증발 분리시 높은 유동과 선택성을 얻기 위해 예컨대 침투측으로 저압이 제공됨으로써, 침투측 압력은 막 내의 수증기 압력보다 작다. 이를 위해 바람직한 실시예에서 상응하는 적절한 수단, 예컨대 진공 펌프가 제공된다.
다른 바람직한 실시예에서 제올라이트 크리스탈로 형성된 층으로 구성된 막이 사용된다. 상기 막도 침투 증발 분리에 의한 성분 분리에 적합하다. 이를 위해, 예컨대 뜨거운 공기가 막의 침투층을 통과하며, 수증기를 흡수하고 상기 막으로부터 배출된다. 제올라이트 크리스탈용 기재로서 바람직하게 강 소결체가 사용된다.
막의 침투측에서 막 분리 과정용 작동 파라미터가 바람직하게 작용할 수 있도록 상기 침투측에 바람직하게 침투 챔버가 배치된다.
막의 기계적 결함시 오일이 유출되는 것을 방지하기 위해 다른 바람직한 실시예에서 막의 침투측에 활성탄 필터가 배치된다. 상술된 강 소결체에서 활성탄 필터는 소결 바디의 침투측 표면에 직접 배치될 수 있다. 배출구에 활성탄 필터가 배치된 침투 챔버가 침투측에 제공된다.
본 발명의 특징적이고 바람직한 실시예에서 연료 필터는 물 분리기와 배수조를 구비하고, 막은 배수조 영역에, 특히 배수조 바닥에 배치된다. 연료로부터 물의 분리시 생성되는 물의 양을 완충할 수 있도록 배수조는 실시예 및 막의 유동 용량에 따라 충분한 크기를 갖는다. 이것은 특히 오늘날의 다양한 연료 시스템에서처럼 연료 필터를 통과하는 유동률이 높고, 연료 펌프에 의해 탱크로부터 이송된 연료의 소량만이 연소에 공급되고 연료의 나머지 양은 탱크로 재공급되는 경우 장점이다. 탱크로부터 필터를 통해 다시 탱크로 되돌아가는 이러한 연료 순환은 연료에 포함된 물이 초기에 탱크로부터 배출되고 이로써 특히 탱크 바닥의 물이 영구적으로 공제되는 것이 방지되는 장점을 갖는다. 탱크에 있는 연료의 이러한 "사전 필터링"시 특히 필터링과 물 분리 초기에 필터링된 연료의 단위량 당 분리된 물의 양이 보다 많이 생성되고, 이러한 양은 필터링 주기가 증가할수록 감소된다. 필터링 초기에 생성되는 양은 곧 막의 유동률을 그 크기에 따라 현저하게 증가시킨다. 이것은 배수조의 크기 설계시 고려되어야 한다.
물의 배출시 초기에 장애를 인식하기 위해 배수조에 수위 센서가 배치되는 것이 장점이다. 수위 센서는 전자장치와 연결될 수 있고, 상기 장치는 수위가 수위 센서에 도달하는 경우 경고 지시를 송출한다. 대안으로서 물 배출 시스템이 제공될 수 있고, 상기 시스템에 의해 배수조로부터 물의 긴급 배출, 예컨대 탱크로 물을 재공급하는 것이 실행될 수 있다. 수위 센서의 신호에 의해 필터를 통과한 연료의 유동량이 필터를 통해 제어되고 생성된 물의 양에 따라 탱크로부터 연료 필터를 통해 그리고 다시 탱크로 순환 공급되는 연료량이 감소되거나 또는 상승될 수 있다.
상술된 실시예에 대안으로 막은 연료로부터 순수 물을 배출하는 기능뿐만 아니라, 연료 필터 내의 물 분리기의 기능을 갖는다. 연료가 다수의 막의 관을 통해 공급되고, 상기 관은 예컨대 챔버 내부에서 평행하게 안내되고, 상기 관에 의해 저압에서 공기 유동이 관통되는 실시예도 가능하다. 그러한 실시예에서 막의 관이 입자 필터를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 하기에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 기본적으로 도시된 도면에 의해 필터링 과정을 도시한 그래프에 의해 상세히 설명된다.
도 1에서 기본도로 도시된 연료 필터는 하우징(1)을 구비하고, 상기 하우징은 연료 유입구(2)와 연료 유출구(3)에 의해 연료 라인 시스템과 연결된다. 하우징(1)에는 물의 필터링과 분리를 위한 수단(5)이 배치되고, 상기 수단을 통해 연료가 안내된다. 상기 하우징의 하부 영역에는 배수조(6)를 갖고, 상기 배수조에는 연료에서 분리된 물이 수합될 수 있다. 배수조의 바닥은 막(7)에 의해 액밀 방식으로 폐쇄된다. 막은 침투 증발 분리에 적합한 막이다. 그러한 막들은 선행 기술에 충분히 공지되어 있으므로, 여기서는 별도로 기재되지 않는다. 막(7) 하부에 침투 챔버(8)가 제공되고, 상기 챔버에는, 예컨대 챔버(8)로부터 공기 배출구(9) 후방의 유동 방향으로 배치된, 도시되지 않은 진공 펌프에 의해 저압이 형성되고, 상기 펌프는 동시에 공기 유입구(11)를 구비하므로, 저압에서 공기 흐름은 챔버(8)로부터 안내되어 공기 흐름과 함께 막(7)에 의해 배수조(6)로부터 배출된 수증기와 함께 챔버(8)로부터 배출된다. 이를 위해 대안으로서 또는 보완으로서, 챔버(8)를 통해 흐르는 공기가 가열됨으로써 막(7)에 의한 물질 이송이 야기될 수 있다.
침투 챔버(8)의 공기 유입 및 유출구에 활성탄 필터(12, 13)가 배치되고, 상기 필터는 막(7)이 비밀봉성을 갖는 경우 연료 필터로부터 오일의 유출을 방지한다.
연료 필터에 수위 센서(14)가 배치되고, 상기 센서는 전자 제어장치(15)와 연결되고, 상기 제어장치는 예컨대 필터를 통과한 연료의 유동량을 제어하거나 또는 예컨대 차량의 계기판에 경고등에 의해 경고 신호를 송출한다.
도 2에 도시된 연료 필터의 여러 부분들은 도 1에 도시된 부분들과 일치한다. 간단하게 나타내기 위해 연료 필터의 동일한 부품들에는 동일한 부품 번호가 제공되고 상세히 도시되지 않는다. 상기 필터는 막 분리 과정에 일반적인 막 대신에 강 소결체에 제올라이트 크리스탈이 지지되는 제올라이트 막(21)이 사용되는 점이 도 1에 도시된 연료 필터와 다르다. 막(21) 또는 강 소결체가 비밀봉성을 갖는 경우 연료의 누출을 방지하기 위해 강 소결체의 하측에 완전 평면으로 활성탄 필터(22)가 배치된다. 막(21)의 하부에 배치된 챔버(8)에는 막(21)을 통해 배수조(6)로부터 배출된 수증기와 함께 챔버(8)로부터 배출된 가열 공기가 공급된다. 이를 위해 대안으로서 또는 보완으로서, 막(21)을 통한 성분 이송은 챔버(8) 내의 압력이 감소됨으로써 활성화된다.
도 3에는 본 발명에 따른 연료 필터의 작동시 연료 시스템의 시간에 대한 물의 양의 실험에 의한 특성 곡선이 도시되고, 이 경우 탱크로부터 연료 펌프를 통해 펌핑된 연료의 일부만 필터링 후 바로 연소에 제공되고 상당 부분은 다시 탱크로 재공급된다. 도시된 곡선은 하기 작동 파라미터에서 얻어진다:
탱크 체적 : 601
연비 : 6 l/h
필터를 통한 연료 유동률 : 160 /h
연료의 수분량 : 10,000 ppm
필터의 분리율 : 95 %
효율적 배수조 체적 : 0.3 1
곡선 a의 파형에 따라 막에 의한 물의 일정한 분리는 약 0.15 l/h 높이에서 관찰되는 한편, 배수조의 수위는 3/4 시간 내에 거의 0.31로 상승하고 곡선 b 에 도시된 바와 같이 거의 경미하게 상승하였다. 배수조에 수합된 시간에 따른 물의 전체량은 곡선 c에 도시된다. 필터 과정 시작시 연료로부터 많은 물이 분리되는 한편, 2 시간 후 곡선이 거의 수평으로 연장되는, 즉 연료로부터 더 이상 물이 분리되지 않는 것을 분명히 알 수 있다. 이로써 상기 시점에서 물의 상당량이 탱크에 있는 연료로부터 필터링되었음을 알 수 있다.
그래프로부터 필터링될 연료의 품질에 따라 특히 필터링 과정의 초기에 연료 필터의 배수조에 수합된 많은 양의 물이 발생하는 것을 알 수 있다. 배수조의 최대 충전 높이가 초과되지 않도록 밸브에 의해 배수조와 연결되고 최대 충전 수위 높이에 도달되자마자 과량분의 물을 비우는 조정 챔버가 제공될 수 있다. 적절한 제어가 충전 레벨 센서(15)의 신호에 의존하여 이루어진다.

Claims (10)

  1. 연료 유입구(2), 연료 유출구(3) 및, 연료 필터에서 연료로부터 물을 분리하고 배출하기 위한 수단(5)을 포함하는 연료 필터, 특히 디젤 필터에 있어서,
    상기 연료 필터로부터 물을 배출시키는 적어도 하나의 반 침투성 막(7, 21)이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 막(7, 21)은 침투 증발 분리에 적합한 막, 특히 비동기 PVA - 합성 막인 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 막(7, 21)의 침투측에 저압 생성을 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막(7, 21)은 제올라이트 크리스탈로 형성된 적어도 하나의 층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  5. 제 4 항에 있어서, 제올라이트 크리스탈용 기재로서 강 소결체가 사용되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막(7, 21)의 침투측에 활성탄 필터(12, 13, 22)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 막의 침투측에 침투 챔버가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 수분 분리기 및 배수조(6)가 제공되고, 상기 막(7, 21)은 상기 배수조(6)의 영역에, 특히 상기 배수조(6)의 바닥에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 배수조의 상부 영역에 수위 센서(14)가 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 수위 센서(14)는 경고 지시를 송출하기 위한 전자장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 필터.
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