JP6804579B2 - Microchannel fluid filter and how to use it - Google Patents

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Description

本技術は、一般に流体フィルタに関し、且つより詳細には(但し、限定ではなく)、微細構造チャネルと、複雑なフローオリフィスと、クロスチャネルと、を含む流体フィルタ基板に、及びこれらの基板から製造される様々なタイプのフィルタに関する。 The present technology generally relates to and more specifically (but not limited to) fluid filters to and from fluid filter substrates including microstructure channels, complex flow orifices, and cross channels. Regarding various types of filters that are used.

現在の技術の要約
いくつかの実施形態によれば、本技術は、
(a)フィルムの上面から延長する複数の分割壁であって、複数のテーパ状の(tapered)入口チャネルを形成する複数の分割壁と;
(b)前記複数の分割壁のそれぞれの長さに沿って形成された複数のクロスチャネルと;
(c)複数のテーパ状の入口チャネルの各々のための入口チャネルと;
(d)前記複数のテーパ状の入口チャネルの各々のための出口チャネルと;を含む、フィルタフィルムを対象にすることができる。
Summary of Current Techniques According to some embodiments, the present technique is:
(A) A plurality of dividing walls extending from the upper surface of the film, and a plurality of dividing walls forming a plurality of tapered inlet channels;
(B) With a plurality of cross channels formed along the respective lengths of the plurality of dividing walls;
(C) With an inlet channel for each of the plurality of tapered inlet channels;
(D) A filter film can be targeted that includes an outlet channel for each of the plurality of tapered inlet channels;

いくつかの実施形態によれば、本技術は、複数のフィルタフィルムを含むフィルタ装置に関するのであって、前記複数のフィルタフィルムが積み重ねられ、且つ嵌合する(mating)関係で配置されているフィルタ装置に関する。 According to some embodiments, the present technology relates to a filter apparatus including a plurality of filter films, wherein the plurality of filter films are stacked and arranged in a mating relationship. Regarding.

いくつかの実施形態によれば、本技術は、
(a)フィルムの上面から延長する複数の入口分割壁の第1の列であって、流体中の前記複数の入口分割壁は複数のフィルタ入口チャネルと連通し、前記複数の入口分割壁は、互いに間隔をあけて複数のチャネルを形成し、前記複数の入口分割壁の各々は、前記入口分割壁の底部に近接した湾曲セクションを含む、入口分割壁の第1の列と;
(b)複数の入口分割壁の第2の列であって、前記複数の入口分割壁が、第1の列の複数のフィルタ入口チャネルよりも狭いフィルタ入口チャネルを形成するため、第1の列の複数の入口分割壁よりもより近接した(closer together)間隔を置いて配置される、第2の列と;
を含む、フィルタフィルムを対象にすることができる。
According to some embodiments, the technique
(A) A first row of a plurality of inlet dividing walls extending from the top surface of the film, wherein the plurality of inlet dividing walls in a fluid communicate with a plurality of filter inlet channels, and the plurality of inlet dividing walls are formed. With a first row of inlet dividers, each of which forms a plurality of channels spaced apart from each other and includes a curved section close to the bottom of the inlet divider;
(B) A second row of a plurality of inlet dividers, the first row because the plurality of inlet dividers form a filter inlet channel that is narrower than the plurality of filter inlet channels in the first row. With a second row, which is placed closer together than the multiple entrance dividing walls of
Can be targeted for filter films, including.

いくつかの実施形態によれば、本技術は、
フィルタディスクを保持するための円筒形ハウジングであって、前記円筒形ハウジングは、複数の半径方向入口チャネルと複数の半径方向出口チャネルとを含むトップカバーを含み、前記複数の半径方向入口チャネルは、前記半径方向出口チャネルと交互の関係で配置され、前記トップカバーは、流体を受けるためのカバー入口チャネルを含み、前記半径方向出口チャネルは、フィルタディスクから濃縮又は濾過された流体を収集する、円筒形ハウジング、
を含む、フィルタフィルムを対象にすることができる。
According to some embodiments, the technique
A cylindrical housing for holding a filter disk, wherein the cylindrical housing includes a top cover including a plurality of radial inlet channels and a plurality of radial inlet channels, the plurality of radial inlet channels. Arranged alternating with the radial outlet channel, the top cover includes a cover inlet channel for receiving fluid, the radial outlet channel is a cylinder that collects concentrated or filtered fluid from a filter disk. Shape housing,
Can be targeted for filter films, including.

いくつかの実施形態によれば、本技術は、
(a)複数のパネル、
を含むフィルタフィルムを対象にすることができる。前記複数のパネルの各々は、
(b)フィルタリング前面と、平坦な背面と、
を含み、前記フィルタリング前面は、
(c)互いに離間して垂直チャネルを形成する、垂直方向に延びる突起の第1の列であって、前記フィルタ装置の入口に近接する第1の列と、
(d)互いに離間して垂直チャネルを形成する、垂直方向に延びる突起の第2の列であって、前記フィルタ装置の出口に近接する第2の列と、
(e)フィルタリング突起の1つ以上の列であって、前記1つ以上の列が互いに垂直方向に間隔をあけて配置され、且つ、垂直方向に延びる突起の第1の列と第2の列との間に延び、フィルタリング突起の各列は、所与のサイズのオブジェクトを受け取り、且つ、保持するように構成されたサイズを有するフィルタチャネルを形成するため、互いに離間したフィルタリング突起を含む、フィルタリング突起の1つ以上と、
を含み、且つ、
(f)前記複数のパネルは嵌合構成で積み重ねられ、それにより、1つのパネルのフィルタリング前面が隣接するパネルの平坦な背面と嵌合して接触する。
According to some embodiments, the technique
(A) Multiple panels,
It is possible to target a filter film containing. Each of the plurality of panels
(B) Filtering front surface, flat back surface,
The filtering front surface includes
(C) A first row of vertically extending protrusions that form vertical channels that are spaced apart from each other and that are close to the inlet of the filter device.
(D) A second row of vertically extending protrusions that form vertical channels that are spaced apart from each other and that are close to the outlet of the filter device.
(E) One or more rows of filtering protrusions, the first row and the second row of protrusions in which the one or more rows are arranged vertically spaced apart from each other and extend vertically. Each column of filtering projections that extends between and contains filtering projections that are spaced apart from each other to form a filter channel with a size that is configured to receive and hold objects of a given size. With one or more of the protrusions,
Including and
(F) The plurality of panels are stacked in a mating configuration, whereby the filtering front surface of one panel mates and contacts the flat back surface of an adjacent panel.

本技術の特定の実施形態が、添付の図面によって例示される。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、必ずしも技術の理解に必要ではない、又は他の詳細を認識することを困難にする詳細は、省略してもよいことが理解されよう。この技術は必ずしも本明細書に示される特定の実施形態に限定されないことが理解されるであろう。
図1は、本技術に従って構成された脱イオンパネルの等角図である。 図2は、図1の脱イオンパネルの1つのエンボスフィルムの正面図である。 図3は、図2に示す脱イオンパネルの上部領域の拡大図である。 図4は、図1に示す脱イオンパネルの拡大等角図である。 図5は、図1に示す脱イオンパネルの側断面図である。 図6は、図1に示す脱イオンパネルの上部部分断面図である。 図7は、電気回路図を包含する図6に示された図の拡大図である。 図8は、脱イオンシステムの電気的動作を説明する電子的概略図である。 図9は、脱イオンシステムに配備された脱イオンパネルのシステム図である。 図10は、脱イオンパネル内のクロスチャネルの交互構成の等角図である。 図11は、図10に示す交互エンボスフィルムの1つのエンボスフィルムの正面図である。 図12は、図11に示す交互エンボスフィルムの裏面図である。 図13は、図11に示す交互エンボスフィルムの側面図である。 図14は、図10に示す交互脱イオンパネルの上部の部分断面図である。図10はまた、電気回路図を示す。 図15は、絶縁層なしで構成されている、図14に示す交互脱イオンパネルの上部の部分断面図である。 図16は、コーティングされたチャネル壁を有する脱イオンパネルの上部部分断面図である。 図17は、脱イオンパネルの円筒形状の等角図である。 図18は、脱イオンパネルの螺旋形状の等角図である。 図19は、荷電プレートの別の交互(alternate)構成である。 図20は、本発明の選択的フィルタシステムの斜視図である。 図21は、図20に示す選択的フィルタシステムの断面斜視図である。 図22は、図21に示す断面の正面図である。 図23は、フィルタパネルの斜視図である。 図24は、フィルタパネルの1つの層の斜視図である。 図25は、図24に示すフィルタパネルの正面図である。 図26は、図25に示すフィルタパネルの拡大図である。 図27は、垂直及び水平の両方の流れを有する流体フローライン(flow lines)流路を有する、図25に示すフィルタ層の正面図である。 図28は、垂直流のみからの流体フローラインを有する、図27に示すフィルタ層の正面図である(垂直流のみ)。 図29は、水平流のみを有する流体フローラインを有する、図27示すフィルタ層の正面図である(クロス流のみ)。 図30は、粒子に作用する力を議論するために使用される粒子の拡大正面図である(粒子に作用する力のクローズアップ)。 図31は、テーパ状の入力面を有するフィルタ層の正面図である(テーパ状表面)。 図32は、交互にRがついたシステム(alternate round system)の等角図である。 図33は、交互にRがついた等角投影(isometric)システムの断面図である。 図34は、交互にRがついシステムの断面図である。 図35は、交互にRがついシステムフィルタパネルである。 図36は、Rがついた(round)フィルタパネルの断面を示す。 図37は、重力に対して90度回転している、図27に示すフィルタ層の断面図である。 図38は、本発明の選択的フィルタシステムの斜視図である。 図39は、図38に示す選択的フィルタシステムの断面者静である。 図40は、図39に示す断面の正面図である。 図41は、図40の拡大図である。 図42は、図41よりも高い倍率を有する、図40に示す眺めのクローズアップである。 図43は、図40に示す眺めのクローズアップであって、図42よりもさらに高い倍率で、フィルタパネルのみを示す。 図44は、フィルタパネルの頂部断面(top section)図である。 図45は、クロスチャネルの表面の異なる構成を持つ、図44に示されているのと同じクローズアップである。 図46は、図45の頂部断面(top section)図であって、帯電表面を示す。 図47は、図42に示されているのと同じクローズアップであって、交互(alternate)構成を示す。 図48は、フィルタアセンブリの斜視図である。 図49は、フィルタパネルのみの斜視図である。 図50は、フィルタパネルの一小部分の斜視図である。 図51は、フィルタパネルの小部分の正面図である。 図52は、図51に示したフィルタパネルの拡大図である。 図53は、図2に示したフィルタパネルの拡大斜視図である。 図54は、様々なサイズの粒子を持つ、図53に示したフィルタパネルの拡大図である。 図55は、様々なサイズの粒子を持つ、図54に示したフィルタパネルの拡大図である。 図56は、複雑な流れオリフィスを有するフィルタシステムの等角図である。 図57は、図56に示すフィルタの等角断面図である。 図58は、図56に示すフィルタの正面断面図である。 図59は、図56に示すフィルタシステムのトップカバーの底面図である。 図60は、図57に示すフィルタディスクのみの等角図である。 図61図は、図60に示したフィルタディスクの断面の拡大図である。 図62は、図61に示したフィルタ部の等角図である。 図63は、図61のクローズアップである。 図64は、図63の正面図である。 図65は、図62の背面図である。第62回 図66は、図62に示されているのと同じ透視図の(prospective)交互(alternate)フィルタの拡大図である。 図67は、図に示したフィルタの一部(a section)の上面図である。 図68は、交互フィルタシステムの等角図である。 図69は、図68の断面図である。 図70は、フィルタディスクのみの等角図である。 図71は、図70に示したフィルタ部の拡大図である。 図72は、図70に示されているのと同じ透視図の(prospective)の別の交互フィルタ部である。
Specific embodiments of the present art are illustrated by the accompanying drawings. It will be appreciated that the drawings are not necessarily at a constant scale and details that are not necessarily necessary for understanding the technique or that make it difficult to recognize other details may be omitted. It will be appreciated that this technique is not necessarily limited to the particular embodiments presented herein.
FIG. 1 is an isometric view of a deionized panel configured according to the present technology. FIG. 2 is a front view of one embossed film of the deionized panel of FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the upper region of the deionized panel shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged isometric view of the deionized panel shown in FIG. FIG. 5 is a side sectional view of the deionized panel shown in FIG. FIG. 6 is a partial cross-sectional view of the upper part of the deionized panel shown in FIG. FIG. 7 is an enlarged view of the diagram shown in FIG. 6 including an electric circuit diagram. FIG. 8 is an electronic schematic illustrating the electrical operation of the deionization system. FIG. 9 is a system diagram of a deion panel deployed in the deion system. FIG. 10 is an isometric view of alternating cross-channel configurations within the deion panel. FIG. 11 is a front view of one embossed film of the alternating embossed film shown in FIG. FIG. 12 is a back view of the alternating embossed film shown in FIG. FIG. 13 is a side view of the alternating embossed film shown in FIG. FIG. 14 is a partial cross-sectional view of the upper part of the alternating deionization panel shown in FIG. FIG. 10 also shows an electrical circuit diagram. FIG. 15 is a partial cross-sectional view of the upper part of the alternating deion panel shown in FIG. 14, which is configured without an insulating layer. FIG. 16 is an upper partial cross-sectional view of a deionized panel with a coated channel wall. FIG. 17 is a cylindrical isometric view of the deionized panel. FIG. 18 is an isometric view of the spiral shape of the deionized panel. FIG. 19 shows another alternate configuration of charged plates. FIG. 20 is a perspective view of the selective filter system of the present invention. FIG. 21 is a cross-sectional perspective view of the selective filter system shown in FIG. FIG. 22 is a front view of the cross section shown in FIG. FIG. 23 is a perspective view of the filter panel. FIG. 24 is a perspective view of one layer of the filter panel. FIG. 25 is a front view of the filter panel shown in FIG. 24. FIG. 26 is an enlarged view of the filter panel shown in FIG. 25. FIG. 27 is a front view of the filter layer shown in FIG. 25, which has a fluid flow lines flow path with both vertical and horizontal flows. FIG. 28 is a front view of the filter layer shown in FIG. 27 having a fluid flow line from vertical flow only (vertical flow only). FIG. 29 is a front view of the filter layer shown in FIG. 27 having a fluid flow line having only horizontal flow (cross flow only). FIG. 30 is an enlarged front view of a particle used to discuss the force acting on the particle (close-up of the force acting on the particle). FIG. 31 is a front view of a filter layer having a tapered input surface (tapered surface). FIG. 32 is an isometric view of an alternate round system with alternating Rs. FIG. 33 is a cross-sectional view of an isometric system with alternating R's. FIG. 34 is a cross-sectional view of the system with alternating Rs. FIG. 35 is a system filter panel with alternating R's. FIG. 36 shows a cross section of a round filter panel with an R. FIG. 37 is a cross-sectional view of the filter layer shown in FIG. 27, which is rotated 90 degrees with respect to gravity. FIG. 38 is a perspective view of the selective filter system of the present invention. FIG. 39 is a cross-sectional view of the selective filter system shown in FIG. 38. FIG. 40 is a front view of the cross section shown in FIG. 39. FIG. 41 is an enlarged view of FIG. 40. FIG. 42 is a close-up of the view shown in FIG. 40, which has a higher magnification than that of FIG. 41. FIG. 43 is a close-up of the view shown in FIG. 40, showing only the filter panel at a higher magnification than in FIG. 42. FIG. 44 is a top section view of the filter panel. FIG. 45 is the same close-up as shown in FIG. 44, with different configurations of cross-channel surfaces. FIG. 46 is a top section view of FIG. 45 showing a charged surface. FIG. 47 shows the same close-up as shown in FIG. 42, showing an alternate configuration. FIG. 48 is a perspective view of the filter assembly. FIG. 49 is a perspective view of only the filter panel. FIG. 50 is a perspective view of a small portion of the filter panel. FIG. 51 is a front view of a small portion of the filter panel. FIG. 52 is an enlarged view of the filter panel shown in FIG. 51. FIG. 53 is an enlarged perspective view of the filter panel shown in FIG. FIG. 54 is an enlarged view of the filter panel shown in FIG. 53, which has particles of various sizes. FIG. 55 is an enlarged view of the filter panel shown in FIG. 54 with particles of various sizes. FIG. 56 is an isometric view of a filter system with a complex flow orifice. FIG. 57 is an isometric sectional view of the filter shown in FIG. 56. FIG. 58 is a front sectional view of the filter shown in FIG. 56. FIG. 59 is a bottom view of the top cover of the filter system shown in FIG. 56. FIG. 60 is an isometric view of only the filter disk shown in FIG. 57. FIG. 61 is an enlarged view of a cross section of the filter disk shown in FIG. 60. FIG. 62 is an isometric view of the filter unit shown in FIG. 61. FIG. 63 is a close-up of FIG. 61. FIG. 64 is a front view of FIG. 63. FIG. 65 is a rear view of FIG. 62. 62nd FIG. 66 is an enlarged view of the same perspective filter as shown in FIG. 62. FIG. 67 is a top view of a part (a section) of the filter shown in the figure. FIG. 68 is an isometric view of the alternating filter system. FIG. 69 is a cross-sectional view of FIG. 68. FIG. 70 is an isometric view of the filter disk only. FIG. 71 is an enlarged view of the filter unit shown in FIG. 70. FIG. 72 is another alternating filter section of the same perspective as shown in FIG. 70.

例示的な実施形態の説明
この技術は多くの異なる形態で実施可能であるが、図面には示されており、且つ、本開示は本発明の原理の例示とみなされ、及びこの技術を図示の実施形態に限定することを意図するものではないことを理解されたい。
Description of Illustrative Embodiments Although this technique can be implemented in many different embodiments, it is shown in the drawings and the present disclosure is regarded as an example of the principles of the present invention, and the technique is illustrated. It should be understood that it is not intended to be limited to embodiments.

本明細書で使用する用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本技術を限定するものではない。本明細書で使用されるように、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことが意図される。本明細書で使用されるとき、用語「含む(comprises)」及び/又は「含む(comprising)」は、記載された特徴、整数、ステップ、操作、要素及び/又は構成要素の存在を特定するが、1以上の他のステップ、動作、要素、構成要素、及び/又はそれらのグループの存在又は追加を排除しない。 The terms used herein are for the purpose of describing only specific embodiments and are not intended to limit the present technology. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" are intended to include the plural form unless the context explicitly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprises" and / or "comprising" identify the presence of the features, integers, steps, operations, elements and / or components described. Does not preclude the existence or addition of one or more other steps, actions, elements, components, and / or groups thereof.

本明細書で言及されている同様のもしくは類似の要素及び/又は構成要素は、図面を通して同様の参照文字で識別されてもよいことが理解されよう。図形(figures)のいくつかは、本技術の概略的な表現に過ぎないことがさらに理解されるであろう。このように、構成要素のいくつかは、描画の明瞭さのために実際の縮尺から歪んでいる可能性がある。 It will be appreciated that similar or similar elements and / or components referred to herein may be identified by similar reference characters throughout the drawings. It will be further understood that some of the figures are only a schematic representation of the technique. As such, some of the components may be distorted from actual scale due to drawing clarity.

様々な構成が特定の用途、すなわち脱イオン化、脱塩、濾過など、に関して記載されているが、それらの構成は一般に、特定の用途に関して記載されていても複数の用途に適用可能であることが理解されよう。 Although various configurations are described for a particular application, such as deionization, desalting, filtration, etc., those configurations may generally be applicable to multiple applications even if they are described for a particular application. Will be understood.

図1−19は、微細構造チャネルを有する脱イオンパネルをまとめて示す。いくつかの実施形態では、本技術はエンボス加工された微細構造チャネルを有する流体の脱イオン化に関する。エンボス加工された微細構造チャネルは、半導体加工技術で作られたツーリング(tooling)からのプラスチックフィルム上に正確に複製される。あるいは、フィルムの代わりに半導体製造技術で処理されたウエハを使用することもできる。流路付けされた(channelled)フィルムは、互いに密閉されたチャネルを形成するように、互いの上に積層されている。チャネルの選択された壁は電気的に導電性であるので、チャネルを横切って電界を生成することができる。選択された壁に反対の電荷を帯電させることによって、チャネルを流れる荷電粒子が荷電表面の1つに引き付けられる。多くのタイプの粒子は、液体及び気体流体の両方から除去することができる。水から塩及び重金属を除去することは、効率的な低コストシステムに対する大きな必要性がある分野である。 Figures 1-19 collectively show deion panels with microstructure channels. In some embodiments, the technique relates to the deionization of fluids with embossed microstructure channels. The embossed microstructure channels are precisely replicated on plastic film from tooling made with semiconductor processing technology. Alternatively, a wafer processed by semiconductor manufacturing technology can be used instead of the film. Channeled films are laminated on top of each other to form sealed channels with each other. Since the selected wall of the channel is electrically conductive, an electric field can be generated across the channel. By charging the selected wall with the opposite charge, the charged particles flowing through the channel are attracted to one of the charged surfaces. Many types of particles can be removed from both liquid and gaseous fluids. Removing salts and heavy metals from water is an area of great need for efficient low cost systems.

いくつかの実施形態において、本技術は、荷電した分子又は化合物を流体から隔離するために一連のチャネルを形成する構造化要素が一緒に積層された多数のフィルム層を展開する。フィルムは、比較的広いチャネルを持つ入口領域を有する。入口領域の後には、狭い通路を形成する一連の狭いチャネルがある。これらのチャネルの高さは非常に小さくすることができる。これらのチャネルの表面は、外部ソースによって動作中に帯電して、荷電粒子をこれらの表面に引き付けて保持する。外部ソースを用いて、表面から粒子を放出するために電荷を除去することができる。これは、大量の粒子が表面に引き付けられ、それらを除去することが望ましい場合に行われる。 In some embodiments, the technique develops a number of film layers in which structural elements forming a series of channels are laminated together to isolate a charged molecule or compound from a fluid. The film has an inlet area with a relatively wide channel. Behind the entrance area is a series of narrow channels that form a narrow passage. The height of these channels can be very small. The surfaces of these channels are charged during operation by an external source to attract and retain the charged particles to these surfaces. An external source can be used to remove the charge to release the particles from the surface. This is done when a large number of particles are attracted to the surface and it is desirable to remove them.

容量性脱イオン(CDI)は、帯電したプレートによる脱塩プロセスを説明するために使用される用語である。本発明は、CDIに使用することができる。 Capacitive deionization (CDI) is a term used to describe the desalting process with a charged plate. The present invention can be used for CDI.

まず図1を参照すると、脱イオンパネル1が示されている。脱イオン化パネル1の上面2から、液体又は気体のいずれかの流体が脱イオンパネル1に流入する。エンボスフィルム3の上端4が、脱イオンパネルの上面2を形成する。一緒に積層されたエンボス加工フィルム3の数は、示されているものよりもはるかに大きいであろう。エンボスフィルム3の数は、数百又は数千であってもよい。エンボスフィルム3の幅もまた、典型的には、示されているものよりもはるかに大きいであろう。脱イオンパネル1は、線形アレイとして示されている。エンボスフィルム3は、他のジオメトリに配置することができる。いくつかの他のジオメトリが本明細書の後に開示される。 First, referring to FIG. 1, the deionized panel 1 is shown. A fluid, either liquid or gas, flows into the deionization panel 1 from the top surface 2 of the deionization panel 1. The upper end 4 of the embossed film 3 forms the upper surface 2 of the deionized panel. The number of embossed films 3 laminated together will be much larger than those shown. The number of embossed films 3 may be hundreds or thousands. The width of the embossed film 3 will also typically be much larger than that shown. The deion panel 1 is shown as a linear array. The embossed film 3 can be arranged in other geometries. Some other geometries are disclosed later herein.

図2、クローズアップの図3及び図4をまとめて参照すると、1つのエンボスフィルム3のみが示されている。入口チャネル5は、エンボスフィルム3の上端部4に沿ってほぼ等間隔に配置されている。入口チャネル5は、エンボスフィルム3の頂部からエンボスフィルム3の底部付近まで延びている。入口チャネル5は、上面2での幅が200ミクロンであり、且つ、底面ではわずか50ミクロン以下の幅にまで先細になっている(taper)。入力チャネル5は、フィルムの長さに沿って中心から中心まで300ミクロンの間隔を置いて配置されている。これらの寸法は参考として与えられる。実際の寸法は、特定の用途のために設計される。 With reference to FIG. 2, close-up FIGS. 3 and 4, only one embossed film 3 is shown. The inlet channels 5 are arranged at substantially equal intervals along the upper end portion 4 of the embossed film 3. The inlet channel 5 extends from the top of the embossed film 3 to near the bottom of the embossed film 3. The inlet channel 5 is 200 microns wide on the top surface 2 and tapers to a width of only 50 microns or less on the bottom surface (taper). The input channels 5 are arranged at intervals of 300 microns from center to center along the length of the film. These dimensions are given for reference only. The actual dimensions are designed for a particular application.

エンボスフィルム3の厚さは、300ミクロンであってもよい。入口チャネル5の深さは、150ミクロンであってもよい。この相対的に大きい寸法は、エンボスフィルム3の製造プロセスにおける変動を可能にする。この大きな寸法はまた、入口チャネル5の下方への流体の比較的制限されない流れを可能にする。 The thickness of the embossed film 3 may be 300 microns. The depth of the inlet channel 5 may be 150 microns. This relatively large size allows variation in the manufacturing process of the embossed film 3. This large dimension also allows for a relatively unrestricted flow of fluid below the inlet channel 5.

エンボスフィルム3は、ドラム形状又はフラットツール上にフィルム又はバルクプラスチック材料をエンボス加工することによって容易に製造することができる。このツールは、エンボスフィルム3上の構造のネガティブ(negative)であろう。ツールは、プロセスのいずれか1つ又は組み合わせによって製造されてもよい。 The embossed film 3 can be easily manufactured by embossing a film or bulk plastic material on a drum-shaped or flat tool. This tool will be the negative of the structure on the embossed film 3. The tool may be manufactured by any one or combination of processes.

従来の機械加工を使用して、100+ミクロンの範囲のフィーチャを生成することができる。より小さいフィーチャについては、半導体又はMEMS(マイクロエレクトロメカニカルシステム)処理装置及び方法を導入することができる。これらのタイプのプロセスは、低ナノメートル範囲の幅と高さのフィーチャを作成するために使用されてきた。同様に重要なのは、フィーチャの幅と高さの許容誤差を低ナノメートル範囲で制御できることである。これらの方法で作成された構造の深さは、より正確に制御できる。クロスチャネル6の深さは、非常に小さく、且つ、正確に制御された寸法が必要とされる場合である。ナノメートル範囲の1桁及び分数(fractions)で、非常に小さく、且つ正確なクロスチャネル6を作成するため、半導体及びMEMSプロセスを使用することができる。 Conventional machining can be used to generate features in the 100+ micron range. For smaller features, semiconductor or MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) processing equipment and methods can be introduced. These types of processes have been used to create features with widths and heights in the low nanometer range. Equally important is the ability to control feature width and height tolerances in the low nanometer range. The depth of the structure created by these methods can be controlled more precisely. The depth of the cross-channel 6 is very small and is the case when precisely controlled dimensions are required. Semiconductor and MEMS processes can be used to create very small and accurate cross-channels 6 in the nanometer range with single digits and fractions.

クロスチャネル6は、流体が入口チャネル5から出力チャネル8に流れることを可能にする。これらは、一般に入口チャネル5に対して直交配置されている。クロスチャネル6は、クロスチャネル分割壁9によって分離されている。クロスチャネル分割壁9は、好ましくは、流れのための高い領域を可能にするために、クロスチャネル6よりもはるかに短い。クロスチャネル分割壁9のサイズは、クロスチャネル6の深さを規定する。 The cross channel 6 allows fluid to flow from the inlet channel 5 to the output channel 8. These are generally arranged orthogonally to the inlet channel 5. The cross channel 6 is separated by a cross channel dividing wall 9. The cross-channel split wall 9 is preferably much shorter than the cross-channel 6 to allow a higher area for flow. The size of the cross-channel dividing wall 9 defines the depth of the cross-channel 6.

出力チャネル8の上側原点(origin)は、入力チャネル5の下側端部と同様の幅を有する。これらは、エンボスフィルム3の上端部4から約500ミクロンから始まる(originate)。出力チャネル8は、エンボスフィルム3の底部に延長し、且つ、入口チャネル5の開始幅に類似した幅、200ミクロンと類似する幅まで先細になる(tapers)。これは、流体がエンボスフィルム3を出ていくことを可能にするために、底縁部で開いている。 The upper origin of the output channel 8 has the same width as the lower end of the input channel 5. These start at about 500 microns from the top 4 of the embossed film 3. The output channel 8 extends to the bottom of the embossed film 3 and tapers to a width similar to the starting width of the inlet channel 5 and a width similar to 200 microns. It is open at the bottom edge to allow the fluid to exit the embossed film 3.

図5を参照すると、クロスチャネル6の断面が示されている。エンボスフィルム3の裏面15は、隣接する(adjoining)エンボスフィルム3の前面7と嵌合する(mates with)。裏面15は、隣接するエンボスフィルム3のクロスチャネル6の第4の壁(the fourth wall)を包囲する。図4の透視図(prospective)によると、クロスチャネル6の3次元的な外観(aspect)が見える。最大の流れを可能にするために、チャネルは隔壁との関係で高くなければならない。 With reference to FIG. 5, a cross section of the cross channel 6 is shown. The back surface 15 of the embossed film 3 mates with the front surface 7 of the adjoining embossed film 3. The back surface 15 surrounds the fourth wall of the cross channel 6 of the adjacent embossed film 3. According to the perspective view of FIG. 4, the three-dimensional aspect of the cross channel 6 can be seen. The channel must be high in relation to the bulkhead to allow maximum flow.

エンボスフィルム3の全てのチャネル及び前面は、導電性の前面層18(図5参照)を形成する導電性コーティングで被覆される。導電性前面層18は、様々なチャネルを流れる流体に対する耐久性を高めるために保護コーティングで上塗り被覆されていてもよい。コーティングは、隣接する(neighboring)導体から電子的に導電性前面層18を絶縁するためにも適用することができる(適用可能な場合)。電子絶縁のために、コーティングは前面にのみ必要とされる。 All channels and the front surface of the embossed film 3 are coated with a conductive coating that forms a conductive front surface layer 18 (see FIG. 5). The conductive front layer 18 may be overcoated with a protective coating to increase durability against fluids flowing through various channels. The coating can also be applied (if applicable) to electronically insulate the conductive anterior layer 18 from adjacent conductors. For electronic insulation, the coating is only needed on the front.

前述したように、エンボスフィルム3のクロスチャネル6を包含する前面7は、導電層で被覆されている。エンボスフィルム3の裏面15もまた、導電性バック層16を形成する電子伝導層で被覆される。製造を容易にするために、裏面全体を被覆してもよい。裏面全体が必ずしもコーティングされる必要はない。導電性バック層16は、電気絶縁層17で覆われることが示されている。このタイプの層は、導電性前面層18及び導電性バック層16が電気的に接触しないようにするために必要である。 As described above, the front surface 7 including the cross channel 6 of the embossed film 3 is coated with the conductive layer. The back surface 15 of the embossed film 3 is also covered with an electron conductive layer forming the conductive back layer 16. The entire back surface may be coated for ease of manufacture. The entire back surface does not necessarily have to be coated. The conductive back layer 16 has been shown to be covered with an electrically insulating layer 17. This type of layer is necessary to prevent electrical contact between the conductive front layer 18 and the conductive back layer 16.

絶縁層がエンボスフィルム3の前面7に塗布された場合には、交互に(alternately)電子的絶縁層を省略することができる。 When the insulating layer is applied to the front surface 7 of the embossed film 3, the electronic insulating layer can be omitted alternately.

図6及び図7を参照すると、脱イオンパネル1の上面断面図は、クロスチャネル6に対する入口チャネル5及び出口チャネル8の幅を示す。フィルムに沿って異なる高さで変化する、入口チャネル5及び出口チャネル8の幅に留意されたい。この特定の眺めは、入口チャネル5が出口チャネル8よりも広い脱イオンパネル1の頂部に向かっている。 With reference to FIGS. 6 and 7, the top sectional view of the deionized panel 1 shows the widths of the inlet and outlet channels 8 relative to the cross channel 6. Note the width of the inlet and outlet channels 8 that vary at different heights along the film. This particular view points towards the top of the deionized panel 1, where the inlet channel 5 is wider than the exit channel 8.

図7を特に参照すると、システムの電気的状態が示されている。エンボスフィルム3の裏面15は、負に帯電していることが示されている。これは、導電性バック層16を電圧源に接続することによって達成される。電圧源の正の側は、エンボスフィルム3の前面7上の導電性前面層18に接続されている。また、導電層に、電圧源の反対側の接続も可能である。 With particular reference to FIG. 7, the electrical state of the system is shown. The back surface 15 of the embossed film 3 is shown to be negatively charged. This is achieved by connecting the conductive back layer 16 to a voltage source. The positive side of the voltage source is connected to the conductive front layer 18 on the front surface 7 of the embossed film 3. It is also possible to connect the conductive layer to the opposite side of the voltage source.

電荷は、交互に(alternately)エンボスフィルム3に埋め込まれ得る。プラスチックフィルムに電荷を埋め込むことは、一般に、マイクロフォンで使用されるフィルム上で行われる。帯電したプラスチックの当業者は、特定の脱イオンシステムのニーズを満たすように帯電フィルムを設計することができる。外部ソースによって作成された電荷は、オンとオフを切り替えることができることに留意された。埋め込み電荷をオフに切り替えることはできない。 Charges can be alternately embedded in the embossed film 3. Embedding charges in a plastic film is typically done on the film used in microphones. Those skilled in the art of charged plastics can design the charged film to meet the needs of a particular deionization system. It was noted that the charge created by an external source can be toggled on and off. The embedded charge cannot be switched off.

クロスチャネル6の対向する表面に対向する電荷を印加することによって、正又は負に帯電した粒子がクロスチャネル6の表面の少なくとも1つに引き付けられる。帯電表面間の距離は、クロスチャネル分割壁9の高さによって制御される。 By applying an opposing charge to the opposing surfaces of the cross-channel 6, positively or negatively charged particles are attracted to at least one of the surfaces of the cross-channel 6. The distance between the charged surfaces is controlled by the height of the cross-channel dividing wall 9.

上述したように、製造が議論されたとき、これらのチャネルの深さの寸法及び公差は、半導体及びMEMS装置及びプロセスがフィルム製造のためのツールを作るために使用されるとき、非常に小さく、且つ、高い精度で制御することができる。 As mentioned above, when manufacturing was discussed, the depth dimensions and tolerances of these channels were very small when semiconductors and MEMS devices and processes were used to make tools for film manufacturing. Moreover, it can be controlled with high accuracy.

図8を参照すると、2つの帯電した表面の間に位置するときの粒子に対する力の方程式が示されている。方程式から、帯電した表面の間の距離が力に大きく影響することが分かる。1ボルトの電位及び帯電したプレート間の距離50ミクロンで、3.2×10E−15ニュートンの力である。
3.2×10E−15(ニュートン)=1.6×10E−19(電荷クーロン)×1(V)/5×10E−5(メートル)
With reference to FIG. 8, the equation of force on the particle when located between two charged surfaces is shown. From the equation, it can be seen that the distance between the charged surfaces has a large effect on the force. With a potential of 1 volt and a distance of 50 microns between charged plates, the force is 3.2 x 10E-15 Newton.
3.2 x 10E-15 (Newton) = 1.6 x 10E-19 (charge coulomb) x 1 (V) / 5 x 10E-5 (meters)

ニュートンは、1電子の変化を持つ粒子に対して及ぼされる。距離が20ミクロンに減少すると、力は8.0×10E−15ニュートンに増加する。この方程式から、小さな距離を有することは、典型的に望ましいより大きな力を生成することが分かる。小さな距離は流体の流れを制限する。この制限は、多数のクロスチャネル6があり、それらがクロスチャネル分割壁9の深さに関して高さが大きいという事実によって緩和される。 Newton is applied to particles with a one-electron change. As the distance decreases to 20 microns, the force increases to 8.0 × 10E-15 Newton. From this equation it can be seen that having a small distance typically produces a larger force than desired. Small distances limit the flow of fluid. This limitation is relaxed by the fact that there are a large number of cross-channels 6 and they are taller with respect to the depth of the cross-channel partition wall 9.

荷電されたプレート間の距離を短くすることの別の利点は、消費電力の低減である。荷電粒子が電界に沿って移動しなければならない距離を減少させることは、流体を脱イオン化するのに必要なエネルギーを減少させる。 Another advantage of reducing the distance between charged plates is reduced power consumption. Reducing the distance a charged particle must travel along an electric field reduces the energy required to deionize the fluid.

流体がクロスチャネル6に沿って流れる距離はまた、必要な電力(power)に影響を及ぼす。流体の粘度は、荷電粒子が帯電プレートの一方の表面に移動するのにかかる時間に影響を及ぼす。クロスチャネル6の長さは、好ましくは、少なくとも粒子が帯電プレートの一方に引き寄せられるのに必要な長さになるように設計されるであろう。粒子の蓄積(buildup)を可能にするのに必要な時間よりも長くなる可能性がある。クロスチャネル6の長さは、脱イオンパネル1を通る流れの制限をもたらす。この制限は、多数のチャネルを組み込むことによって緩和することができる。 The distance the fluid flows along the cross-channel 6 also affects the required power. The viscosity of a fluid affects the time it takes for charged particles to travel to one surface of a charged plate. The length of the cross-channel 6 will preferably be designed to be at least the length required for the particles to be attracted to one side of the charged plate. It can take longer than the time required to allow the buildup of particles. The length of the cross-channel 6 limits the flow through the deionized panel 1. This limitation can be relaxed by incorporating a large number of channels.

図9を参照すると、脱イオンパネル1を利用した脱イオンシステムのシステム図が示されている。脱イオンパネル1が充電されると、脱イオンパネル1に流入する流体は脱イオン化される。この流体をリザーバもしくは別のシステムに向けるのに、バルブを使用してよい。時間が経つと、イオン化された粒子がエンボスフィルム3の帯電したプレートの表面上に集まる。ある時点では、イオン化された粒子の数は十分に大きくなり、それにより、システムの性能が低下するのに十分に大きくなる。いくつかの時点で、粒子をパージすることが必要となる。 With reference to FIG. 9, a system diagram of a deionization system using the deionization panel 1 is shown. When the deionization panel 1 is charged, the fluid flowing into the deionization panel 1 is deionized. A valve may be used to direct this fluid to the reservoir or another system. Over time, the ionized particles collect on the surface of the charged plate of the embossed film 3. At some point, the number of ionized particles is large enough, which is large enough to reduce the performance of the system. At some point it will be necessary to purge the particles.

第1のバルブと連動して第2の弁は、第2のシステム又はリザーバへの流れを導くように再構成することができる。バルブ構成が変更された後、プレート上の電荷が除去され、イオン化された粒子は、流体と共に、第2のシステム又はリザーバに流れる。この流体は、イオン化された粒子の高い濃度を有するであろう。脱イオンパネルは、その後、充電され、バルブは元の構成に戻されることになる。 In conjunction with the first valve, the second valve can be reconfigured to direct flow to the second system or reservoir. After the valve configuration is changed, the charge on the plate is removed and the ionized particles flow with the fluid into the second system or reservoir. This fluid will have a high concentration of ionized particles. The deionized panel will then be charged and the valve will be returned to its original configuration.

高濃度のイオン化粒子を有する流体は、他の場所で使用するために流体から特定の元素又は化合物を抽出するためにさらに処理されてもよい。 A fluid with a high concentration of ionized particles may be further treated to extract a particular element or compound from the fluid for use elsewhere.

図10、図11、図12及び図13をまとめて参照すると、脱イオンパネル1の交互(alternate)構成が示されている。クロスチャネル6は、正面ではなくエンボスフィルム3の背面15に配置されている。背面15の構成は、図13に最もよく示されている。 With reference to FIGS. 10, 11, 12 and 13 together, an alternate configuration of the deionized panel 1 is shown. The cross channel 6 is arranged not on the front surface but on the back surface 15 of the embossed film 3. The configuration of the back surface 15 is best shown in FIG.

図14を参照すると、交互(alternate)構成の場合、帯電した表面の位置を見ることができる。この構成において、背面チャネル壁22は、絶縁層17の上に配置される。 With reference to FIG. 14, in the case of the alternate configuration, the position of the charged surface can be seen. In this configuration, the back channel wall 22 is placed on top of the insulating layer 17.

図15を参照すると、帯電した表面の別の交互構成が示される。クロスチャネル分割壁9がエンボスフィルム3の背面15上に形成されている場合、これら9は、導電性の前面層18(導電性の前面層の例については例えば図5を参照)を導電性のバック層16から電気的に絶縁する目的にも役立つ。この構成では、絶縁層17は示されておらず、必要ではない。 With reference to FIG. 15, another alternating configuration of the charged surface is shown. When the cross-channel dividing walls 9 are formed on the back surface 15 of the embossed film 3, these 9s make the conductive front layer 18 (see, for example, FIG. 5 for an example of the conductive front layer) conductive. It also serves the purpose of electrically insulating from the back layer 16. In this configuration, the insulating layer 17 is not shown and is not required.

図16を参照すると、クロスチャネル6は、追加の材料30及び31で被覆されているように示されている。この材料は、炭素粒子などの多孔質の導電性材料であってもよい。小さな炭素粒子は、荷電粒子の表面積及び収集を増加させるために使用され得る。あるいは、表面をテクスチャ加工して、より多くの表面積を生成することができる。導電層の劣化を低減するために、表面を不活性材料で被覆してもよい。 With reference to FIG. 16, the cross channel 6 is shown to be coated with additional materials 30 and 31. This material may be a porous conductive material such as carbon particles. Small carbon particles can be used to increase the surface area and collection of charged particles. Alternatively, the surface can be textured to produce more surface area. The surface may be coated with an inert material in order to reduce the deterioration of the conductive layer.

図17を参照すると、脱イオンパネル1の交互(alternate)構成が示されている。これまでの図は、線状の層でラミネートされたフィルムを示していた。図17は、円筒形に構成されたフィルムの層を示す。この構成において、流れはシリンダの内側から外側に、又は逆に流れる。エンボスフィルム3は、円筒形状に巻かれ、1つの長い連続した材料片とすることができる。この構成は、成形加工(fabrication)のためのロールツーロールプロセスを可能にする。ロールツーロールプロセスは、エンボスフィルム3を製造する最もコスト効率のよい方法である。 With reference to FIG. 17, an alternate configuration of the deionized panel 1 is shown. Previous figures have shown films laminated with linear layers. FIG. 17 shows a layer of film formed in a cylindrical shape. In this configuration, the flow flows from the inside to the outside of the cylinder or vice versa. The embossed film 3 can be rolled into a cylindrical shape into one long continuous piece of material. This configuration enables a roll-to-roll process for fabrication. The roll-to-roll process is the most cost-effective method of manufacturing the embossed film 3.

図18を参照すると、別の交互(alternate)構成が示されている。脱イオンパネル1は螺旋状に巻かれて示されており、そこでは、再び1つの長い長さのフィルムが巻かれてディスクを形成する。ロールツーロールプロセスもこの構成でうまくいく。 With reference to FIG. 18, another alternate configuration is shown. The deionized panel 1 is shown spirally wound, where one long length of film is again wound to form a disc. The roll-to-roll process also works well with this configuration.

脱イオンシステムの別の交互(alternate)構成は、2つ以上の脱イオンパネル1を直列に組み立てることである。これは、冗長性を追加するために行われる可能性がある。脱イオン化セクションによって収集されないか、又は脱イオンシステムの脱イオンセクションを詰まらせる他のタイプの粒子を排除するために、フィルタ又は一連のフィルタを脱イオンパネル1の上流に追加することができる。 Another alternate configuration of the deionization system is to assemble two or more deionization panels 1 in series. This may be done to add redundancy. A filter or set of filters can be added upstream of the deionization panel 1 to eliminate other types of particles that are not collected by the deionization section or clog the deionization section of the deionization system.

本発明の別の交互(alternate)構成を図19に示す。クロスチャネル6上のプレートの両方が負に帯電する。この場合、正に荷電した粒子のみが表面に引き付けられる。電圧源の正の側は、粒子が脱イオンシステムを通過して流れる前に粒子上に正の電荷を誘導するために使用することができる。同じ効果で、プレートの電位は、負に帯電した上流の流れで正に帯電させることができる。 Another alternate configuration of the present invention is shown in FIG. Both plates on the cross channel 6 are negatively charged. In this case, only positively charged particles are attracted to the surface. The positive side of the voltage source can be used to induce a positive charge on the particles before they flow through the deionization system. With the same effect, the potential of the plate can be positively charged by the negatively charged upstream flow.

図20〜37は、特定のサイズの粒子の選択及び/又は洗浄目的のために使用することができるクロスチャネルを備えた微細構造フィルタをまとめて示す。 Figures 20-37 collectively show microstructure filters with cross-channels that can be used for the selection and / or cleaning purposes of particles of a particular size.

図20、21及び22をまとめて参照すると、選択的フィルタシステム1が示されている。ハウジング3の上面に配置された流体入口2から流体又はガスが選択的フィルタシステム1に流入する。ハウジング3は、上部プレナム(plenum)4、フィルタパネル6、及び下部プレナム8を囲む。フィルタ流体は、気体、液体、又は液体として作用する小さな粒子の流れであり得ることに留意すべきである。小さな粒子の流れの例は、穀物、種子、砂又は砂利である。上部プレナム4は、流体入口2からフィルタパネル6のフィルタパネル上面5への流体の流れを制限する。システムの他の領域への流れを許容しない。ハウジング3の上面及び側面は、フィルタパネル6のフィルタパネル頂面5と密封して、上部プレナム4を形成する。ハウジング3の側面と、フィルタパネル6のフィルタパネル頂面5との界面は、これらの構成要素の表面トポグラフィの変化を吸収するため、ガスケット又は接着剤を含み、且つ、それらを一緒に密封することができる。ガスケットは示されない。同様に、下部プレナム8は、フィルタパネル6のフィルタパネル底面7を出ていく流体の流れを制限する。フィルタパネル6から流体出口9への流れを誘導する。 With reference to FIGS. 20, 21 and 22 together, the selective filter system 1 is shown. A fluid or gas flows into the selective filter system 1 from a fluid inlet 2 located on the upper surface of the housing 3. The housing 3 surrounds the upper plenum 4, the filter panel 6, and the lower plenum 8. It should be noted that the filter fluid can be a stream of gases, liquids, or small particles acting as a liquid. Examples of small particle flows are grains, seeds, sand or gravel. The upper plenum 4 limits the flow of fluid from the fluid inlet 2 to the upper surface 5 of the filter panel 6 of the filter panel 6. Do not allow flow to other areas of the system. The upper surface and the side surface of the housing 3 are sealed with the filter panel top surface 5 of the filter panel 6 to form the upper plenum 4. The interface between the side surface of the housing 3 and the top surface 5 of the filter panel of the filter panel 6 contains gaskets or adhesives to absorb changes in the surface topography of these components and seals them together. Can be done. Gasket is not shown. Similarly, the lower plenum 8 limits the flow of fluid exiting the filter panel bottom surface 7 of the filter panel 6. Induce the flow from the filter panel 6 to the fluid outlet 9.

フィルタパネル6の左右の側部は、クロスフロープレナムに嵌合される(mated)。現在の(current)選択的フィルタシステム1が示されており、上部クロスフロー入口20は、クロスフロー流体を上部クロスフロープレナム21の方法によってフィルタパネル6の左上側に供給する。下部クロスフロー入口22及び下部クロスフロープレナム23は、より低いクロスフロー流体を左下側に供給する。 The left and right sides of the filter panel 6 are mated to the cross-flow plenum. The current (current) selective filter system 1 is shown in which the upper crossflow inlet 20 supplies the crossflow fluid to the upper left side of the filter panel 6 by the method of the upper crossflow plenum 21. The lower cross-flow inlet 22 and the lower cross-flow plenum 23 supply a lower cross-flow fluid to the lower left side.

要約すると、選択された流体の流れは、上面からフィルタパネル6に、及び側部からの複数の位置に供給することができる。現在の(current)構成では、左側から2つの流体が供給されている。これは数量を増やすか、1に減らすことができる。側部入力の数は、流体とフィルタリングされる粒子のタイプに基づく工学的決定となる。 In summary, the selected fluid flow can be fed from the top surface to the filter panel 6 and to multiple locations from the sides. In the current configuration, two fluids are supplied from the left side. This can be increased in quantity or reduced to one. The number of side inputs will be an engineering decision based on the type of fluid and particles to be filtered.

図23を参照すると、フィルタパネル6の一部が示されている。フィルタパネル6は、多数のフィルタ層40を一緒に積層することによって作られる。システムが機能するためには、少なくとも1つの層が必要であることに留意されたい。システムスループットの観点からは、フィルタパネル6が多数のフィルタ層40を有する可能性が高い。大規模システムの場合、その数は数千であってもよい。 With reference to FIG. 23, a portion of the filter panel 6 is shown. The filter panel 6 is made by laminating a large number of filter layers 40 together. Note that at least one layer is required for the system to function. From the viewpoint of system throughput, it is highly possible that the filter panel 6 has a large number of filter layers 40. For large systems, the number may be in the thousands.

フィルタ層40の好ましい材料はポリマーである。ポリマーは安価な材料であり、典型的には安価に製造することができる。フィルタが高温で使用されているときは、金属やセラミックスなどの他の材料を使用することがある。フィルタ層材料の選択は、技術的決定である。 The preferred material for the filter layer 40 is a polymer. Polymers are inexpensive materials and can typically be produced inexpensively. Other materials such as metals and ceramics may be used when the filter is used at high temperatures. The choice of filter layer material is a technical decision.

図24を参照すると、1つのフィルタ層40のみが示されている。図25及びクローズアップ図26は、フィルタパネル6の詳細を示す。 With reference to FIG. 24, only one filter layer 40 is shown. FIG. 25 and close-up FIG. 26 show details of the filter panel 6.

前述のように、入力流体は、上面5からフィルタ層40に流入する。流体は、フィルタ入口チャネル41を流れ落ちる。チャネルは、入口分割壁42によって分離される。流体のクロスフローを助けるために、フィルタ入口チャネル41及び入口分割壁42は、流体がそれらを出る場合に、角度を付けたり、又は少なくとも角度をつけたいと考えてもよい。角度及び形状の実際の設計は、濾過される流体及び粒子の関数であり得る。図示したチャネルは、上部クロスチャネル43内に出る、底部に角度を作るため、底部に湾曲した部分を有している。フィルタ入口チャネル41内の流れの全てが上部クロスチャネル43に出る。上部クロスチャネル43は、フィルタパネル6の左側からフィルタパネル6の右側に延びている。 As described above, the input fluid flows into the filter layer 40 from the upper surface 5. The fluid flows down the filter inlet channel 41. The channels are separated by an inlet dividing wall 42. To aid in the cross-flow of the fluid, the filter inlet channel 41 and the inlet split wall 42 may be angled, or at least angled, as the fluid exits them. The actual design of the angle and shape can be a function of the fluid and particles being filtered. The illustrated channel has a curved portion at the bottom to create an angle at the bottom that exits the upper cross channel 43. All of the flow in the filter inlet channel 41 exits the upper cross channel 43. The upper cross channel 43 extends from the left side of the filter panel 6 to the right side of the filter panel 6.

上部クロスチャネル43内の流体は、チャネルに沿って流れ続けることができ、又は上部クロスチャネル43の底部に沿って位置する第2のフィルタチャネル44に流入することができる。第2のフィルタチャネル44は、入口フィルタ41よりも小さい。それらは、第2の分割壁45によって分離されている。第2のフィルタチャネル44及び第2の分割壁45もまた、底部に傾斜したジオメトリを有している。 The fluid in the upper cross-channel 43 can continue to flow along the channel or can flow into the second filter channel 44 located along the bottom of the upper cross-channel 43. The second filter channel 44 is smaller than the inlet filter 41. They are separated by a second dividing wall 45. The second filter channel 44 and the second dividing wall 45 also have a bottom-sloping geometry.

流体入口チャネル41よりも小さい粒子のみが上部クロスチャネル43内に見出される。これらの粒子のいずれかが第2のフィルタチャネル44よりも大きい場合、それらは上部クロスチャネル43に入ることが阻止される。より小さい粒子第2のフィルタチャネル44が第2のフィルタチャネルを通って下部クロスチャネル46に流れる。 Only particles smaller than the fluid inlet channel 41 are found in the upper cross channel 43. If any of these particles are larger than the second filter channel 44, they are prevented from entering the upper cross channel 43. Smaller Particles The second filter channel 44 flows through the second filter channel to the lower cross channel 46.

下部クロスチャネル46は、上部クロスチャネル43と同じ働きをする。下部クロスチャネル46内の流体は、チャネルに沿って流れ続けることができ、又は第3のフィルタチャネル47内に流入することができる。第3のフィルタチャネル47は、第2のフィルタチャネル44よりも小さい。従って、第3のフィルタチャネル47よりも小さい粒子は、それらを通って流れ、且つ、フィルタ層40から出る。第3のフィルタチャネル47よりも大きい粒子は、下側クロスチャネル46に拘束される。 The lower cross channel 46 has the same function as the upper cross channel 43. The fluid in the lower cross-channel 46 can continue to flow along the channel or can flow into the third filter channel 47. The third filter channel 47 is smaller than the second filter channel 44. Therefore, particles smaller than the third filter channel 47 flow through them and exit the filter layer 40. Particles larger than the third filter channel 47 are constrained by the lower cross channel 46.

様々な垂直チャネルの幅を調整することにより、クロスチャネル内で異なるサイズの粒子を選択及び/又はソートすることができる。クロスチャネルは、クロスフロープレナムによって供給されることに留意されたい。 By adjusting the width of the various vertical channels, particles of different sizes can be selected and / or sorted within the cross channel. Note that the cross channel is supplied by the cross flow plenum.

フィルタパネル6が使用されるにつれて、流体がフィルタパネル6を通って流れるにつれて、粒子はクロスチャネル内に集まる。粒子の量が多くなると、フィルタパネル6を通る流れがより制限されるようになる。ある時点では、制限を減らすか、又は制限することが望ましい場合がある。この状態が存在するシステムは、廃水処理システムの場合である。 As the filter panel 6 is used, the particles collect in the cross-channel as the fluid flows through the filter panel 6. As the amount of particles increases, the flow through the filter panel 6 becomes more restricted. At some point, it may be desirable to reduce or limit the limit. The system in which this condition exists is the case of a wastewater treatment system.

選択的フィルタシステム1が、別のプロセス又は分析において使用するために特定のサイズの粒子を収集及び回収するために使用されている場合、制限が増加する前であっても、粒子の量がプロセス又は分析に十分な大きくなる場合、粒子は抽出されることを望まれるかもしれない。サイズ別に粒子を分類するシステムは、血液細胞をそのサイズで分類するために使用されるものである。 If the selective filter system 1 is used to collect and recover particles of a particular size for use in another process or analysis, the amount of particles is a process, even before the limit is increased. Alternatively, the particles may be desired to be extracted if they are large enough for analysis. A system for classifying particles by size is used to classify blood cells by their size.

フィルタパネル6への流れを再構成することによって、粒子をフィルタパネル6からパージして回収することができる。粒子を除去する好ましい方法は、クロスチャネルに流れを供給しながら流体入口からの流れを終了させることである。この状態のフローラインを図29に示す。クロスチャネルに使用される流体は、流体入口2を流れる流体と同じであってもよく、又は交互(alternate)流体であってもよい。排水処理の場合、クロスフロー流体は空気であってもよい。 By reconstructing the flow to the filter panel 6, particles can be purged and recovered from the filter panel 6. A preferred method of removing particles is to terminate the flow from the fluid inlet while supplying the flow to the cross channel. The flow line in this state is shown in FIG. The fluid used for the cross-channel may be the same as the fluid flowing through the fluid inlet 2 or may be an alternate fluid. For wastewater treatment, the cross-flow fluid may be air.

粒子がクロスチャネルから洗い流されると、入口流体フローを再開することができる。フィルタシステム又はフィルタパネルの振動を展開して、パージプロセス中の粒子除去速度を高めることができる。さらに、粒子をパージするのを助けるために、フィルタ出口からフィルタ入口への、又はクロスチャネルへの流体のわずかな量の逆流を展開することができる。逆流は、フィルタ入口を通る流体の流れが止まると展開される。 Once the particles have been flushed from the cross-channel, the inlet fluid flow can be resumed. The vibration of the filter system or filter panel can be deployed to increase the rate of particle removal during the purging process. In addition, a small amount of backflow of fluid can be developed from the filter outlet to the filter inlet or to the cross channel to help purge the particles. Backflow is developed when the flow of fluid through the filter inlet stops.

図27は、数値流体力学又はCFDフローシミュレーションプログラムによって生成される流れのフローラインを示す。シミュレーションは、垂直方向と水平方向の両方にフローを持つように構成されていた。この構成は、連続プロセスで粒子を除去することが望ましい場合に配備される。 FIG. 27 shows a flow line of a flow generated by a computational fluid dynamics or CFD flow simulation program. The simulation was configured to have flows in both the vertical and horizontal directions. This configuration is deployed when it is desirable to remove particles in a continuous process.

図28は、CFDフローシミュレーションプログラムからの流れによって生成されるフローライン流れ線を示す。シミュレーションは、垂直方向のみにフローを有するように構成されていた。この構成において、粒子はクロスチャネルに集まり、クロスチャネル内に蓄積し続ける。 FIG. 28 shows a flow line flow line generated by a flow from a CFD flow simulation program. The simulation was configured to have flow only in the vertical direction. In this configuration, the particles collect in the cross-channel and continue to accumulate in the cross-channel.

図29は、CFDフローシミュレーションプログラムによって生成されたフローのフローラインを示す。シミュレーションは、水平方向のみにフローを有するように構成されていた。この構成において、粒子がクロスチャネルを介して除去される一方、入口流れは存在しない。 FIG. 29 shows the flow line of the flow generated by the CFD flow simulation program. The simulation was configured to have flow only in the horizontal direction. In this configuration, the particles are removed via the cross channel, while there is no inlet flow.

図30は、粒子に作用する力を示す。粒子に作用する力を、水平方向(Fh)及び垂直方向(Fv)の両方で分析した。それらは、3つの異なる流動条件について分析した:
(1)垂直及びクロスフローの両方、Fh=2pN Fv=12pN;
(2)垂直フローのみ、Fh=0.4pN Fv=12pN、及び
(3)クロスフローのみ、Fh=4pN Fv=0.06pN。
FIG. 30 shows the force acting on the particles. The forces acting on the particles were analyzed both horizontally (Fh) and vertically (Fv). They analyzed three different flow conditions:
(1) Both vertical and cross flow, Fh = 2pN Fv = 12pN;
(2) Vertical flow only, Fh = 0.4pN Fv = 12pN, and (3) Cross flow only, Fh = 4pN Fv = 0.06pN.

1の場合の分析から、クロスチャネルに沿ってそれらをクロスフロー出力に駆動するために粒子に作用する相当量の力が存在することが分かる。ケース2は、垂直フローのみが存在する場合、粒子に少量の力が作用してそれらをクロスフロー出力に移動させることを示している。ケース3は、クロスフローのみが存在する場合、粒子に多くの力が作用することを示す。 The analysis of case 1 shows that there is a considerable amount of force acting on the particles to drive them to the cross-flow output along the cross-channel. Case 2 shows that when only vertical flows are present, a small amount of force acts on the particles to move them to the cross-flow output. Case 3 shows that a lot of force acts on the particles when only the cross flow is present.

図31を参照すると、第2入口分割壁の交互(alternate)構成が示されている。分割壁の上面にテーパを加えることによって、粒子に作用する水平方向の力は粒子の上側に近づく。このジオメトリは、クロスチャネルに沿って粒子を移動させるのに必要な力はそれほど必要ではない。 With reference to FIG. 31, an alternate configuration of the second entrance split wall is shown. By applying a taper to the upper surface of the dividing wall, the horizontal force acting on the particle approaches the upper side of the particle. This geometry does not require much force to move the particles along the cross channel.

図32〜36をまとめて参照すると、フィルタシステムの螺旋形状が示されている。この構成では、クロスフローは、フィルタパネルの内径からフィルタパネルの外径までである。交互に(Alternately)、この方向とは逆になる可能性がある。 With reference to FIGS. 32 to 36 collectively, the helical shape of the filter system is shown. In this configuration, the cross flow is from the inner diameter of the filter panel to the outer diameter of the filter panel. Alternately, it can be in the opposite direction.

図36を特に参照すると、この構成では、1つのクロスチャネルのみが示されている。他のものを配備することもできる。フィルタの向きを90度回転させた図37に示すように、クロスチャネルからの粒子の移動を助けるため、重力を用いることができる。この構成では、粒子は流体よりも緻密である。粒子が流動流体より密度が低い場合、フィルタパネルは上から下に反転したいと考える。いくつかのシステムでは、回転角は180度、又は0と180の間のある角度であってもよい。角度は、特定の流体及び濾過される粒子のタイプのために設計される。 With particular reference to FIG. 36, only one cross-channel is shown in this configuration. Others can also be deployed. Gravity can be used to aid the movement of particles from the cross-channel, as shown in FIG. 37 with the filter oriented 90 degrees. In this configuration, the particles are denser than the fluid. If the particles are less dense than the fluid, the filter panel wants to flip from top to bottom. In some systems, the angle of rotation may be 180 degrees, or some angle between 0 and 180. The angle is designed for the particular fluid and type of particles to be filtered.

図38〜47は、濃縮(concentrated)及びフィルタ流を生成する2つの出口経路を有する微細構造フィルタをまとめて示す。図38,39及び40を参照すると、選択的フィルタシステム1が示されている。ハウジング3の上面に配置された流体入口2から流体又はガスが選択的フィルタシステム1に流入する。ハウジング3は選択的フィルタシステム1を囲む。濾過された流体は、ハウジング3の底部側に位置するフィルタ流体出口6から流出する。濃縮された流体は、ハウジング3の前面に位置する濃縮流体出口4から流出する。 Figures 38-47 collectively show microstructured filters with two outlet paths that produce concentrated and filter streams. With reference to FIGS. 38, 39 and 40, the selective filter system 1 is shown. A fluid or gas flows into the selective filter system 1 from a fluid inlet 2 located on the upper surface of the housing 3. The housing 3 surrounds the selective filter system 1. The filtered fluid flows out of the filter fluid outlet 6 located on the bottom side of the housing 3. The concentrated fluid flows out from the concentrated fluid outlet 4 located on the front surface of the housing 3.

フィルタ流体は、気体、液体、又は液体として作用する小さな粒子の流れであり得ることに留意されたい。小さな粒子の流れの例は、穀物、種子、砂、砂利又は分子である。 Note that the filter fluid can be a stream of gases, liquids, or small particles acting as a liquid. Examples of small particle flows are grains, seeds, sand, gravel or molecules.

図41を参照すると、上部プレナム7は、流体入口2からフィルタパネル8への流体の流れを制限する。選択フィルタシステム1の他の領域への流れを許容しない。ハウジングの上部、前方、後方及び側面5は、フィルタパネル8をシールして上側プレナム7を形成する。 Referring to FIG. 41, the upper plenum 7 limits the flow of fluid from the fluid inlet 2 to the filter panel 8. The selection filter system 1 does not allow flow to other areas. The top, front, rear and side surfaces 5 of the housing seal the filter panel 8 to form the upper plenum 7.

ハウジング3の側面、前面及び背面とフィルタパネル8との界面は、ガスケット又は接着剤を包含し、これらの部品の表面トポグラフィの変化を吸収し、且つ、それらを一緒にシールすることができる。ガスケットは表示さない。 The interface between the sides, front and back of the housing 3 and the filter panel 8 can include gaskets or adhesives to absorb changes in the surface topography of these parts and seal them together. Gaskets are not displayed.

フィルタパネル8の上面に流入する流体は、入口チャネル20を下へ移動する。入口チャネル20は、拡大された図42及び43で最もよく見ることができる。入口チャネル20は、垂直方向に向いており、テーパ状になっている。テーパは、フィルタパネル8の上面で始まる。テーパは、上面で最も広く、且つ、フィルタパネル8の底部では幅が狭くなっている。 The fluid flowing into the upper surface of the filter panel 8 moves down the inlet channel 20. The inlet channel 20 can best be seen in the enlarged FIGS. 42 and 43. The inlet channel 20 faces vertically and is tapered. The taper begins at the top surface of the filter panel 8. The taper is widest on the top surface and narrow on the bottom surface of the filter panel 8.

フィルタは、複数のフィルタ層が一緒に積層されて構成されている。フィルタパネル8を含むフィルタ層は、典型的には同じ材料及びジオメトリを有する。示されたフィルタ層の裏側は、すぐ後ろのチャネルの第4の壁(the fourth wall)を直接覆い、且つ、形成する。示されたフィルタパネル8のチャネルは、ハウジング3の前壁の内面(図示せず)によって覆われる(第4の壁を形成する)。 The filter is composed of a plurality of filter layers laminated together. The filter layer, including the filter panel 8, typically has the same materials and geometry. The backside of the indicated filter layer directly covers and forms the fourth wall of the channel immediately behind. The channel of the shown filter panel 8 is covered by an inner surface (not shown) of the front wall of the housing 3 (forming a fourth wall).

フィルタパネル8へのフィルタ層の積層は、製造上の理由から行われる。フィルタパネル8は、実際には単一の物体から作られてもよいが、フィルタパネル8は1つの固体物体から容易に形成されないことがある。フィルタ層は製造が容易で安価である。それらはまた、フィルタパネル8に容易に組み立てられる。フィルタ層は、ロールツーロールプロセスで製造することができる。 The stacking of the filter layer on the filter panel 8 is performed for manufacturing reasons. The filter panel 8 may actually be made from a single object, but the filter panel 8 may not be easily formed from a single solid object. The filter layer is easy to manufacture and inexpensive. They are also easily assembled to the filter panel 8. The filter layer can be manufactured by a roll-to-roll process.

入口チャネル20に入る流体の大部分は、クロスチャネル21に流入する。クロスチャネル21は、入口チャネル20のテーパ側に沿って配置される。クロスチャネル21の開口は小さく、且つ、所定の大きさの粒子がそれらを通過するのを制限する。従って、制限された粒子は、入口チャネル20内に保持される。入口チャネル20内の粒子の量が有意になると、入口チャネル20が開いているフィルタパネル8の底部を通して濃縮流体としてパージすることができる。この流体は、下部プレナム9に向けられる。 Most of the fluid entering the inlet channel 20 flows into the cross channel 21. The cross channel 21 is arranged along the tapered side of the inlet channel 20. The opening of the cross channel 21 is small and limits the passage of particles of a predetermined size. Therefore, the restricted particles are retained in the inlet channel 20. When the amount of particles in the inlet channel 20 becomes significant, it can be purged as a concentrated fluid through the bottom of the filter panel 8 where the inlet channel 20 is open. This fluid is directed to the lower plenum 9.

下部プレナム9は、パージされた流れが濃縮流体出口4を介して選択的フィルタシステム1を出るのを制限する。下部プレナム9は、ハウジング3の底面、前面、背面及び側壁によって囲まれている。それはさらに、内側側部プレナム側壁24及び横底壁25によって制限される。側部プレナム側壁24のトップエッジは、フィルタパネル8の底面に終端してシールする。側部プレナム側壁24のトップエッジは、フィルタパネル8の底部に入口チャネル20を形成する壁と整列している。 The lower plenum 9 limits the purged flow from exiting the selective filter system 1 through the concentrated fluid outlet 4. The lower plenum 9 is surrounded by a bottom surface, a front surface, a back surface and a side wall of the housing 3. It is further limited by the inner side plenum side wall 24 and the lateral bottom wall 25. The top edge of the side plenum side wall 24 terminates and seals to the bottom surface of the filter panel 8. The top edge of the side plenum side wall 24 is aligned with the wall forming the inlet channel 20 at the bottom of the filter panel 8.

側部プレナム側壁24及び側部プレナム底壁25もまた、側部プレナム23を形成する。側部プレナム23は、出口チャネル22の真下に位置する。フィルタパネル8の出口チャネル22からの流れは、内部に拘束され、且つ、側部プレナム23によって下部プレナム9から分離されている。 The side plenum side wall 24 and the side plenum bottom wall 25 also form the side plenum 23. The side plenum 23 is located directly below the exit channel 22. The flow from the outlet channel 22 of the filter panel 8 is internally constrained and separated from the lower plenum 9 by the side plenum 23.

流体及び小粒子(クロスチャネルよりも小さい)は、クロスチャネル21から出口チャネル22に流れる。 Fluids and small particles (smaller than the cross channel) flow from the cross channel 21 to the exit channel 22.

出口チャネル22はテーパ状(tapered)になっている。テーパの小さい端部は、フィルタパネル8の頂部付近に生じる。流体は、上部プレナム7から出口チャネル22に直接流れ込むことができない。フローが出口チャネル22を流れ落ちる(progress down)につれて、テーパは幅が増加する。クロスチャネル21及び出口チャネル22を通過する流れのみが、側部プレナム23に流入することができる。 The outlet channel 22 is tapered. The edge with a small taper occurs near the top of the filter panel 8. The fluid cannot flow directly from the upper plenum 7 into the outlet channel 22. The taper increases in width as the flow progresses down the outlet channel 22. Only the flow passing through the cross channel 21 and the exit channel 22 can flow into the side plenum 23.

要約すると、クロスチャネルからの流れは、最終的に側部プレナム23に向けられる。この流れは、ハウジング3の前面に位置するフィルタ流体出口6を通って選択的フィルタシステム1を出るようにさらに制約される。 In summary, the flow from the cross channel is finally directed to the lateral plenum 23. This flow is further constrained to exit the selective filter system 1 through the filter fluid outlet 6 located in front of the housing 3.

クロスチャネル21は、クロスチャネル壁26によって分離される。クロスチャネル壁26の前縁は、面取り27を有する。面取りは、クロスチャネル21の開口部に粒子が捕捉される可能性を低減するのに役立つ。 The cross channel 21 is separated by a cross channel wall 26. The front edge of the cross-channel wall 26 has a chamfer 27. Chamfering helps reduce the likelihood of particles being trapped in the openings of the cross channel 21.

クロスチャネル壁26の後縁は、浅いテーパを有する。この目的のためのテーパは、流れの制限を減らし、製造及び使用中に壁の強度を増加させることである。 The trailing edge of the cross-channel wall 26 has a shallow taper. The taper for this purpose is to reduce flow restrictions and increase the strength of the wall during manufacture and use.

図44を参照すると、クロスチャネル21は、上部断面図で見ることができる。フィルタ層に好ましい材料はポリマーである。ポリマーは安価な材料であり、典型的には安価に製造することができる。フィルタが高温で使用されているときは、金属やセラミックスなどの他の材料を使用することがある。用途によっては紙を使用することさえある。フィルタ層材料の選択は、技術的決定である。 With reference to FIG. 44, the cross channel 21 can be seen in the upper sectional view. A preferred material for the filter layer is a polymer. Polymers are inexpensive materials and can typically be produced inexpensively. Other materials such as metals and ceramics may be used when the filter is used at high temperatures. Paper may even be used for some purposes. The choice of filter layer material is a technical decision.

時間の経過と共に、粒子はクロスチャネルに集まり、クロスチャネル内に蓄積する。これらは、濃縮流体出口4へのシステムの流れを変えることによってパージすることができる。濃縮流体出口4を通る流れは、連続的又は間欠的であり得る。 Over time, the particles collect in the cross-channel and accumulate in the cross-channel. These can be purged by altering the flow of the system to the concentrated fluid outlet 4. The flow through the concentrated fluid outlet 4 can be continuous or intermittent.

選択的フィルタシステム1が別のプロセス又は分析において使用するために特定のサイズの粒子を収集及び回収するために使用されている場合、制限が増加する前であっても粒子の数量がそのプロセス又は分析のために十分であるならば、粒子を抽出したいと思うかもしれない。サイズ別に粒子を分類するシステムは、血液細胞をそのサイズで分類するために使用されるものである。 If the selective filter system 1 is used to collect and recover particles of a particular size for use in another process or analysis, the quantity of particles will be in that process or even before the limit is increased. You may want to extract the particles if they are sufficient for analysis. A system for classifying particles by size is used to classify blood cells by their size.

粒子の排除を増加させるために、フィルタパネル8の重力及び/又は振動を展開することができる。フィルタパネル8の向きは、重力が粒子の排除を増加させることを可能にする。 Gravity and / or vibration of the filter panel 8 can be deployed to increase the exclusion of particles. The orientation of the filter panel 8 allows gravity to increase the elimination of particles.

図45を参照すると、本発明の交互(alternate)構成が示されている。この構成では、クロスチャネル21の深さが粒子を制限するために使用される。好ましい開示において、クロスチャネル21の高さは、粒子を制限するものである。 Referring to FIG. 45, an alternate configuration of the present invention is shown. In this configuration, the depth of the cross-channel 21 is used to limit the particles. In a preferred disclosure, the height of the cross-channel 21 limits the particles.

非常に小さな粒子がフィルタでフィルタリングされているとき、交互(alternate)構成が展開される。20ナノメートル未満の範囲の粒子が非常に小さいと考えられる。好ましい開示のクロスチャネル21を作るためのツーリングは、ツールの製造によって制限される。フィルムをモールド成形するためのツーリングが、精密工作機械又は半導体リソグラフィー処理装置のいずれかを用いて製造された場合、非常に小さなクロスチャネル21を製造することはできなかった。堆積物(deposition)の深さが使用された半導体装置で作られたツーリングは、非常に小さいフィーチャを作り出すことができた。堆積物の深さは、クロスチャネル21の深さのモールド成形(molding)において複製される。材料の堆積は、1桁のナノメートルの深さに制御することができる。 An alternate configuration is developed when very small particles are filtered. Particles in the range less than 20 nanometers are considered to be very small. Tooling to make the cross-channel 21 of the preferred disclosure is limited by the manufacture of the tool. If the tooling for molding the film was made using either a precision machine tool or a semiconductor lithography process, it was not possible to make a very small cross-channel 21. Tooling made with semiconductor devices that used the depth of deposition was able to produce very small features. The depth of the deposit is replicated in the molding of the depth of the cross channel 21. Material deposition can be controlled to a depth of an order of magnitude nanometer.

図46を参照すると、フィルム層の表面が追加の材料で被覆されている交互(alternate)システムの上面図である。コーティングされたフィルムの背面30及びコーティングされたクロスチャネル31が示されている。 See FIG. 46, a top view of an alternate system in which the surface of the film layer is coated with additional material. The back surface 30 of the coated film and the coated cross channel 31 are shown.

フィルム層の一方又は両方を金属の導電層で被覆することができる。導電性コーティングは、正又は負の電荷で帯電されていてもよいし、反対の電荷で帯電していてもよい。これらが反対の電荷で帯電されている場合は、絶縁層で絶縁する必要がある。電荷を生成するために、導電性表面に外部電圧源が印加される。 One or both of the film layers can be coated with a conductive layer of metal. The conductive coating may be charged with a positive or negative charge, or may be charged with the opposite charge. If they are charged with opposite charges, they need to be insulated with an insulating layer. An external voltage source is applied to the conductive surface to generate an electric charge.

表面の一方又は両方は、電解質に暴露されたとき負の電荷を有する材料で交互に被覆することができる。この場合、電解液は入口チャネル内の流体となる。一例は、二酸化チタン又は二酸化ケイ素で被覆された少なくとも1つの表面、又はその両方にあり、表面上に負電荷を生成する。表面は電解質中の陽イオンを引き付ける。これらのイオンは、流体中の負イオンをはねつける。チャネルの深さが十分に小さい場合、正に帯電したイオンによって負イオンがクロスチャネルを通って流れるのを阻止される。 One or both of the surfaces can be alternately coated with a material that has a negative charge when exposed to the electrolyte. In this case, the electrolyte becomes the fluid in the inlet channel. One example is on at least one surface coated with titanium dioxide and / or silicon dioxide, which produces a negative charge on the surface. The surface attracts cations in the electrolyte. These ions repel negative ions in the fluid. If the channel depth is small enough, positively charged ions will prevent negative ions from flowing through the cross-channel.

別の例は、電解質が存在するときに正電荷を生成する材料で表面の少なくとも一方又は両方を被覆することである。表面は、その後、電解質中の負イオンを引き付ける。これらのイオンは、流体中の陽イオンをはねつける。チャネルの深さが十分に小さい場合、負イオンがクロスチャネルを通って流れるのを阻止される。 Another example is to coat at least one or both of the surfaces with a material that produces a positive charge in the presence of the electrolyte. The surface then attracts negative ions in the electrolyte. These ions repel cations in the fluid. If the channel depth is small enough, negative ions are blocked from flowing through the cross-channel.

電荷を生成するさらに別のアプローチは、1つ又は複数の表面の外面内部に、又はわずか下方に電荷を埋め込むことである。埋め込まれた電荷が負である場合、フィルム内の陽イオンが引き付けられる。前の実施例の場合と同様に、反対に荷電した粒子又は分子は、クロスチャネル21を通って流れることが阻止される。 Yet another approach to generate charge is to embed the charge inside or slightly below the outer surface of one or more surfaces. If the embedded charge is negative, the cations in the film are attracted. As in the previous embodiment, the oppositely charged particles or molecules are blocked from flowing through the cross-channel 21.

図47を参照すると、別の交互(alternate)構成が示されている。この構成において、側方チャネルは、入口チャネル20の底部のフィルタ層の基部を通る孔(holes)32によって形成される。この構成は、これらのチャネルからの流れの全てが、濃縮流体出口4から選択フィルタシステム1を出ていくように、構成することができる。入口チャネル20の底部の下壁33は、濃縮流体が下部プレナム9に進入しないことを確実にする。チャネルを形成するための孔の構成は、入口及び出口チャネルを形成するために容易に適用することができ、且つ、脱塩及び濾過の両方の用途に適用することができることにも留意されたい。 Referring to FIG. 47, another alternate configuration is shown. In this configuration, the lateral channels are formed by holes 32 through the base of the filter layer at the bottom of the inlet channel 20. This configuration can be configured such that all of the flow from these channels exits the selective filter system 1 from the concentrated fluid outlet 4. The lower wall 33 at the bottom of the inlet channel 20 ensures that the concentrated fluid does not enter the lower plenum 9. It should also be noted that the configuration of the pores for forming the channels can be readily applied to form the inlet and outlet channels and can be applied to both desalination and filtration applications.

図48〜図55は、高められた粒子収集能力のためのテーパ付きチャネルを有する様々なフィルタをまとめて示す。濾過構造は、粒子を集めるためのフィルタの能力を大幅に増大させるため、テーパの異なる幅に沿って異なるサイズの粒子を集めるテーパ付き入口チャネルを有する。 48-55 collectively show various filters with tapered channels for increased particle collection capacity. The filtration structure has tapered inlet channels that collect particles of different sizes along different widths of the taper to significantly increase the filter's ability to collect particles.

図48を参照すると、フィルタアセンブリ1が示されている。流体又はガスは、フィルタパネル2の上面3からフィルタアセンブリ1内に流入する。流体は、フィルタパネル2の底面から流出する。 With reference to FIG. 48, filter assembly 1 is shown. The fluid or gas flows into the filter assembly 1 from the upper surface 3 of the filter panel 2. The fluid flows out from the bottom surface of the filter panel 2.

フィルタ流体は、気体、液体、又は液体として作用する小さな粒子の流れであり得ることに留意されたい。小さな粒子の流れの例は、穀物、種子、砂又は砂利である。 Note that the filter fluid can be a stream of gases, liquids, or small particles acting as a liquid. Examples of small particle flows are grains, seeds, sand or gravel.

フィルタパネルは、フレーム4内に封入されている。図示のフレーム4は、自動車のエアフィルタ又はキャビンフィルタに使用するためにフィルタパネル2を適合させるのに必要なタイプのものである。フィルタパネル2は、自動車オイルフィルタ、自動車燃料フィルタ、HVACエアフィルタ、水処理フィルタ、廃水処理フィルタ、工業プロセスフィルタ、及び生物学的プロセス又は分析フィルタなどの他のタイプのフィルタ用途での使用のために異なるエンクロージャに封入することができる。これらは、フィルタパネル3を使用することができるタイプのアプリケーションのほんの僅かである。これらのほとんどは、特定の用途に対して特定のタイプのフレーム4を必要とする。本発明は、フィルタパネル2に適用され、フィルタパネル2がどのように使用されるか、収容されるかには適用されない。 The filter panel is enclosed in the frame 4. The illustrated frame 4 is of the type required to fit the filter panel 2 for use in automotive air filters or cabin filters. The filter panel 2 is for use in automotive oil filters, automotive fuel filters, HVAC air filters, water treatment filters, wastewater treatment filters, industrial process filters, and other types of filter applications such as biological process or analytical filters. Can be enclosed in different enclosures. These are just a few of the types of applications where the filter panel 3 can be used. Most of these require a particular type of frame 4 for a particular application. The present invention applies to the filter panel 2 and does not apply to how the filter panel 2 is used or accommodated.

図49を参照すると、フィルタパネル2は螺旋状構成に示されている。ある長さのフィルム材料を螺旋状に巻いて、流体がフィルタパネル2に入る大きな領域を形成する。フィルタは、線形、円筒形又は円錐形の形状として構成することができる。 With reference to FIG. 49, the filter panel 2 is shown in a spiral configuration. A film material of a certain length is spirally wound to form a large area where the fluid enters the filter panel 2. The filter can be configured as a linear, cylindrical or conical shape.

図50及び図51を参照すると、フィルタパネル2のセクションが示されている。前述したように、流体はフィルタパネル2の上面3から流入する。この拡大図では、入口チャネル10が見える。それらは、上面3から始まり、フィルムの表面に沿って延在し、フィルム材料の下端よりもわずかに上で終端している。補足的(complimentary)出口チャネルは、フィルタパネル2の上面3のわずかに下から始まり、フィルタパネル2の底部まで延在し、且つ、開口している。テーパ付きオリフィスチャネル12は、入口チャネル10を出口チャネル11に接続する。それらは大量にあり、且つ、それらは非常に小さいので、細部まで見ることはできない。 With reference to FIGS. 50 and 51, a section of filter panel 2 is shown. As described above, the fluid flows in from the upper surface 3 of the filter panel 2. In this enlarged view, the inlet channel 10 is visible. They start at top surface 3 and extend along the surface of the film, ending slightly above the bottom edge of the film material. The complementary exit channel starts slightly below the top surface 3 of the filter panel 2 and extends to the bottom of the filter panel 2 and is open. The tapered orifice channel 12 connects the inlet channel 10 to the outlet channel 11. They are abundant and they are so small that you cannot see the details.

図52及び図53、フィルタパネル2の拡大断面図、を参照すると、詳細が示されている。入口チャネル10を出口チャネル11に接続するテーパ付きオリフィスチャネル12は、容易に見ることができる。フローは、流入チャネル10から流入し、テーパ付きオリフィスチャネル12に流入する。入力チャネル10に沿って位置する数百のテーパ付きオリフィスチャネル12がある。テーパの大きい端部は、入口チャネル10に対して開口している。テーパ状のオリフィスチャネル12の小さい端部は、出口チャネル11に対して開口している。テーパ状のオリフィスチャネルは、実質的に涙の形状(tear-shaped)又は翼状である隣接する分割壁によって形成されている。 Details are shown with reference to FIGS. 52 and 53, an enlarged cross-sectional view of the filter panel 2. The tapered orifice channel 12 that connects the inlet channel 10 to the outlet channel 11 is easily visible. The flow flows in from the inflow channel 10 and into the tapered orifice channel 12. There are hundreds of tapered orifice channels 12 located along the input channel 10. The large tapered end is open to the inlet channel 10. The small end of the tapered orifice channel 12 is open to the outlet channel 11. The tapered orifice channel is formed by adjacent split walls that are substantially tear-shaped or winged.

図54を参照すると、様々なサイズの捕捉された粒子20〜25を持つ、テーパ付きオリフィスチャネル12が示されている。テーパーを持つチャネルを構成することにより、流れを著しく制限することなく、より多くの粒子20〜25を捕捉することができる。 With reference to FIG. 54, a tapered orifice channel 12 with trapped particles 20-25 of various sizes is shown. By constructing a channel with a taper, more particles 20-25 can be captured without significantly limiting the flow.

図55を参照する。図55では、粒子のZ方向の関係を見ることができる。この観点から、流体はテーパ付きオリフィスチャネル12(X方向の流れ)を流れることができることが分かる。テーパ付きオリフィスチャネル12内に捕捉されるのは5つの粒子21〜25だけである。テーパ付きオリフィスチャネル12は、収集された粒子のサイズよりもはるかに広い(Z方向)ため、流体は、粒子21〜25の周りを(Z方向に沿って)流れることができる。これにより、チャネルを通る流れが大幅に減少する前に、より多くの粒子を捕捉することが可能になる。 See FIG. 55. In FIG. 55, the relationship between the particles in the Z direction can be seen. From this point of view, it can be seen that the fluid can flow through the tapered orifice channel 12 (flow in the X direction). Only five particles 21-25 are trapped in the tapered orifice channel 12. The tapered orifice channel 12 is much wider (Z direction) than the size of the collected particles, allowing the fluid to flow around the particles 21-25 (along the Z direction). This allows more particles to be captured before the flow through the channel is significantly reduced.

図56〜図72は、複雑な流れオリフィスを有する流体フィルタをまとめて示す。いくつかの実施形態において、本技術は、異なるサイズの粒子を流体から濾過又は分離するためのフィルタシステムに関する。フィルタ型構造は、特定のサイズの粒子又は流体から粒子を分離するために使用することができる。細菌を廃水から分離するプロセスは、本発明の1つの用途である。流体中の異なるサイズの血液細胞を分離することは、別の生物学的濾過用途である。水の淡水化は、異なるサイズの分子を分離するためにフィルタ材料が使用される1つの領域である。この作業では、水分子から塩化ナトリウム分子を除去する必要がある。塩水の淡水化のためには、水分子との関係で塩化ナトリウムの相対量が多い。この高い比のために、適度な量の水を処理するときには、かなりの量の塩化ナトリウムがフィルタに集められる。流体の流れに電界を加えることもプロセスの一部となり得る。 56-72 collectively show fluid filters with complex flow orifices. In some embodiments, the art relates to a filter system for filtering or separating particles of different sizes from a fluid. Filtered structures can be used to separate particles from particles or fluids of a particular size. The process of separating bacteria from wastewater is one application of the present invention. Separation of blood cells of different sizes in a fluid is another biological filtration application. Desalination of water is one area where filter materials are used to separate molecules of different sizes. This work requires removing sodium chloride molecules from the water molecules. For desalination of salt water, the relative amount of sodium chloride is large in relation to water molecules. Due to this high ratio, a significant amount of sodium chloride is collected in the filter when treating a moderate amount of water. Applying an electric field to the flow of fluid can also be part of the process.

このシステムを利用できる多くの他のプロセスが存在する。 There are many other processes that can utilize this system.

最初に図56を参照する。図56は、本技術に従って構成されたフィルタシステム1の一例を示す。濾過されるべき流体は、入口管2又はフィルタシステム1の「入口」からフィルタシステム1に流入する。入口管2は、上部カバー3の上面に固定される。流体は、入口管2及びトップカバー3の両方を通過する。 First, refer to FIG. 56. FIG. 56 shows an example of a filter system 1 configured according to the present technology. The fluid to be filtered flows into the filter system 1 from the inlet pipe 2 or the "inlet" of the filter system 1. The inlet pipe 2 is fixed to the upper surface of the upper cover 3. The fluid passes through both the inlet pipe 2 and the top cover 3.

高濃度の粒子を含む流体は、濃縮された出口管4からフィルタシステム1を出る。濃縮された出口管4もまた、トップカバー3の上面に固定される。濾過された流体は、フィルタシステム1を、ボトムカバー5の底面に配置された濾過された出口管6から出る。ボトムカバー5とトップカバー3とが一緒に固定されている。トップカバー3及びボトムカバー5は共に、中心を貫通する円形の穴(hole)を持つ円形である。 The fluid containing the high concentration particles exits the filter system 1 through the concentrated outlet tube 4. The concentrated outlet pipe 4 is also fixed to the upper surface of the top cover 3. The filtered fluid exits the filter system 1 through a filtered outlet tube 6 located on the bottom surface of the bottom cover 5. The bottom cover 5 and the top cover 3 are fixed together. Both the top cover 3 and the bottom cover 5 are circular with a circular hole penetrating the center.

フィルタシステムの断面図が示されている図57と図58とを参照する。フィルタディスク12は、トップカバー3とボトムカバー5との間に封入されている。フィルタディスク12の上面は、トップカバー3の底面に嵌合されている(mated)。これらの図において、フィルタシステム内の流体流路も見ることができる。入口管2からの流体は、カバー入口チャネル10に流入する。カバー入口チャネル10は、円形のトップカバー3の周りを延びる。流体を半径方向入口チャネル11に送る。 See FIGS. 57 and 58, which show a cross-sectional view of the filter system. The filter disk 12 is enclosed between the top cover 3 and the bottom cover 5. The upper surface of the filter disk 12 is mated to the bottom surface of the top cover 3. In these figures, the fluid flow path in the filter system can also be seen. The fluid from the inlet pipe 2 flows into the cover inlet channel 10. The cover inlet channel 10 extends around the circular top cover 3. The fluid is sent to the radial inlet channel 11.

図59を参照すると、トップカバー3の底面図が示されている。カバー入口チャネル10及び半径方向入口チャネル11は、全体として見ることができる。 With reference to FIG. 59, a bottom view of the top cover 3 is shown. The cover inlet channel 10 and the radial inlet channel 11 can be seen as a whole.

これらの位置でのみフィルタディスク12(図示せず)に流体を送る計9つの等間隔の半径方向入口チャネル11がある。チャネルの実際の数とそのサイズは、開示されているものとは異なる場合がある。その数は、フィルタシステム1の特定の用途のための工学の結果であろう。半径方向入口チャネル11の間には、半径方向出口チャネル20がある。半径方向出口チャネル20は、フィルタディスク12から濃縮流体を集める。半径方向出口チャネル20は、フィルタディスク12の真上の位置でのみそれを行う。半径方向出口チャネル20及び半径方向入口チャネル11は、直接接続されていない。半径方向出口チャネル20は、トップカバー3の中央の穴のわずかに外側に位置するカバー出口チャネル21に接続される。カバー出口チャネル21は、濃縮流体を出口チューブ4に接続し、出口チューブ4に供給する。半径方向入口チャネル11と半径方向出口チャネル20との間の領域(area)は、距離「d1」だけ離れている。この寸法とフィルタディスクとの関係については、本開示で後述する。 There are a total of nine equidistant radial inlet channels 11 that feed fluid to the filter disk 12 (not shown) only at these positions. The actual number of channels and their size may differ from those disclosed. That number would be the result of engineering for the particular application of filter system 1. There is a radial exit channel 20 between the radial inlet channels 11. The radial outlet channel 20 collects the concentrated fluid from the filter disk 12. The radial exit channel 20 does so only at a position directly above the filter disk 12. The radial exit channel 20 and the radial inlet channel 11 are not directly connected. The radial exit channel 20 is connected to a cover outlet channel 21 located slightly outside the central hole of the top cover 3. The cover outlet channel 21 connects the concentrated fluid to the outlet tube 4 and supplies it to the outlet tube 4. The area between the radial inlet channel 11 and the radial exit channel 20 is separated by a distance of "d1". The relationship between these dimensions and the filter disc will be described later in this disclosure.

図57に戻ると、濾過された出口プレナム13が見える。流体出口プレナム13は、フィルタディスク12の底部から流出する流体を集める。フィルタディスク12及び濾過された出口プレナム13は、ボトムカバー5の底面16、外壁15及び内壁14によって拘束される。濾過された流体は、濾過された流体出口6から出口プレナム13を出る。 Returning to FIG. 57, the filtered outlet plenum 13 can be seen. The fluid outlet plenum 13 collects the fluid flowing out from the bottom of the filter disk 12. The filter disk 12 and the filtered outlet plenum 13 are constrained by the bottom surface 16, the outer wall 15 and the inner wall 14 of the bottom cover 5. The filtered fluid exits the outlet plenum 13 from the filtered fluid outlet 6.

要約すると、ろ過される流体は、フィルタディスク12の上面の特定の領域に向けられる。濃縮流体は、フィルタの上面の特定の領域においてのみ、フィルタディスク12の上面から流出することができる。ろ過された流体は、フィルタディスク12の底面のどこにでも流出することができる。多くの異なるカバー、ハウジング又は配管は、同じ機能を実行するように設計することができる。当業者は他の多くの構成を設計することができる。さらに、設計は、フィルタシステム1の特定のタスクのために設計される。 In summary, the fluid being filtered is directed to a specific area on the top surface of the filter disk 12. The concentrated fluid can flow out of the top surface of the filter disk 12 only in certain areas of the top surface of the filter. The filtered fluid can flow out anywhere on the bottom surface of the filter disk 12. Many different covers, housings or pipes can be designed to perform the same function. Those skilled in the art can design many other configurations. In addition, the design is designed for the specific task of filter system 1.

図60を参照すると、フィルタディスク12のみが示されている。フィルタディスク12は、フィルタ材料の薄いストリップを互いに重ね合わせて何回も転がしてディスクを作ることによって作られる。ディスクは中央に大きな穴がある。ディスクの内径と外径との間の距離は、薄いフィルタ材料の厚さにフィルタ材料が巻かれた回数を乗じたものに等しい。 With reference to FIG. 60, only the filter disk 12 is shown. The filter disc 12 is made by stacking thin strips of filter material on top of each other and rolling them many times to make a disc. The disc has a large hole in the center. The distance between the inner and outer diameters of the disc is equal to the thickness of the thin filter material multiplied by the number of times the filter material is wound.

図61及び図62を参照すると、フィルタ材料の小さなセクションが示されている。小さなセクションはフィルムの高さ全体を示すが、わずかな長さしか示さない。半径方向入口チャネル11からの流体は、ディスク入口領域50においてフィルタ材料の上面に入る。ディスク入口領域50の幅は、寸法「d2」によって識別される。ディスク入口チャネル50は、ディスク壁51に隣接している。いくつかの実施形態では、ディスク壁51は、以下に説明するような蛇行流体チャネル、例えば、左ディスクフローチャネル53及び右ディスクフローチャネル53’を形成する。すなわち、フィルタディスクは、薄いフィルタ壁(薄いフィルタ材料)によって境界を定められた(bounded by)蛇行したフィルタチャネルを含む。フィルタ壁についても以下に説明する。 With reference to FIGS. 61 and 62, a small section of filter material is shown. The small sections show the entire height of the film, but only a small length. The fluid from the radial inlet channel 11 enters the top surface of the filter material in the disc inlet region 50. The width of the disk inlet area 50 is identified by dimension "d2". The disc inlet channel 50 is adjacent to the disc wall 51. In some embodiments, the disk wall 51 forms a meandering fluid channel, such as the left disk flow channel 53 and the right disk flow channel 53', as described below. That is, the filter disk contains a meandering filter channel bounded by a thin filter wall (thin filter material). The filter wall will also be described below.

ディスク出口領域56は、ディスク壁51に隣接している。フィルム材料の上端に沿って、ディスク入口領域50、ディスク壁51及びディスク出口領域56のパターンが、フィルタ材料のロールの全長に沿って何度も繰り返される。ディスク壁51は、寸法「w1」によって識別される。ディスク出口領域56は、ディスク入口領域50と概ね同じ幅d1を有する。d2とw1の和は、図4で識別される寸法d1より小さい。w1とd2との和がd1より小さい場合には、流体が、1つのディスク入口領域50又は1つのディスク出口領域56に流入するように拘束される。フィルタ材料がロール状に巻かれると、ディスク入口領域50及びディスク出口領域56の位置は、トップカバー3内の半径方向入口チャネル11の位置に関連して変化する。場合によっては、ディスク入口領域50又はディスク出口領域56が整列しない場合がある。これらの場合において、フローはない。大多数の場合、流体は1つの入力又は1つの出力のみに流れ、且つ、制限される。 The disc exit area 56 is adjacent to the disc wall 51. Along the upper edge of the film material, the pattern of the disc inlet region 50, the disc wall 51 and the disc exit region 56 is repeated many times along the overall length of the roll of filter material. The disk wall 51 is identified by the dimension "w1". The disc exit region 56 has substantially the same width d1 as the disc inlet region 50. The sum of d2 and w1 is smaller than the dimension d1 identified in FIG. If the sum of w1 and d2 is less than d1, the fluid is constrained to flow into one disc inlet region 50 or one disc outlet region 56. When the filter material is rolled, the positions of the disc inlet region 50 and the disc outlet region 56 change in relation to the position of the radial inlet channel 11 in the top cover 3. In some cases, the disc inlet area 50 or the disc exit area 56 may not be aligned. In these cases, there is no flow. In the majority of cases, the fluid flows to and is restricted to only one input or one output.

ディスク入口領域は、流体をディスク入口チャネル52に向ける。ディスクチャネル52は、流体フローチャネルの頂点と整列している。ディスク入口チャネル52に流入する流体は、2つの経路のうちの1つをとることができる。それは、左ディスクフローチャネル53又は右ディスクフローチャネル53’に流れることができる。流体は、これらのチャネルのいずれかを、左又は右に蛇行した経路で流すことができる。フローは、最終的にフロー左ディスク出口チャネル55又は右ディスク出口チャネル55’に入る。次に、流体は、ディスク出口領域56を出ることができる。ディスク出口領域56の上のあるポイントで、半径方向出口チャネル20が、濃縮流体をフィルタディスク12から除去するため、配置される。 The disc inlet region directs the fluid to the disc inlet channel 52. The disk channel 52 is aligned with the vertices of the fluid flow channel. The fluid flowing into the disk inlet channel 52 can take one of two paths. It can flow to the left disk flow channel 53 or the right disk flow channel 53'. The fluid can flow through any of these channels in a meandering path to the left or right. The flow finally enters the flow left disk exit channel 55 or right disk exit channel 55'. The fluid can then exit the disc exit region 56. At some point above the disc outlet region 56, a radial outlet channel 20 is placed to remove the concentrated fluid from the filter disc 12.

言い換えれば、フィルタディスクは、複数のディスク入口チャネルを含むことができ、複数のディスク入口チャネルのそれぞれは、蛇行フィルタチャネルと協働して、左ディスクフローチャネル及び右ディスクフローチャネルを形成する。 In other words, the filter disk can include multiple disk inlet channels, each of which cooperates with a meandering filter channel to form a left disk flow channel and a right disk flow channel.

図63及び図64を参照すると、フィルタディスク12の詳細は、先に説明したフィルタ材料の小さなセクションの拡大図で見ることができる。この図において、薄いチャネル壁60をより明確に見ることができる。これらの壁は、流体が濾過された領域61に入るのを防止する。 With reference to FIGS. 63 and 64, details of the filter disk 12 can be seen in an enlarged view of a small section of the filter material described above. In this figure, the thin channel wall 60 can be seen more clearly. These walls prevent the fluid from entering the filtered region 61.

図65を参照すると、薄いフィルタ材料の小さなセクションの裏面が示されている。非常に浅いチャネルが、薄いフィルタ材料の裏面に形成される。これらのチャネルは、それらが高いと、深さの1/1000しかない場合がある。これらは一緒に妥当な間隔で近接している。それらは間隔を置いて示され、中心から中心までは、それらの高さの約1.2倍である。薄い材料の全長はこれらのチャネルを有する。それらは、流体がチャネル壁を事実上「ジャンプ」させる。チャネルの深さよりも大きいいずれの粒子は、フィルタリングされた領域に流入することが制限される。 With reference to FIG. 65, the back side of a small section of thin filter material is shown. Very shallow channels are formed on the back of the thin filter material. These channels, when they are high, may be only 1/1000 of the depth. They are close together at reasonable intervals. They are shown at intervals and from center to center is about 1.2 times their height. The overall length of the thin material has these channels. They cause the fluid to effectively "jump" the channel wall. Any particles greater than the channel depth are restricted from flowing into the filtered region.

図64に戻る。濾過された領域61の中に入る流体は、フィルタディスクの底面を出て、濾過された出口プレナム13に入ることができる。 Return to FIG. The fluid entering the filtered region 61 can exit the bottom surface of the filter disc and enter the filtered outlet plenum 13.

フィルタディスク12の小さなセクションの別の構成が図66に示されている。薄いチャネル壁60は、前側凹部表面76によって形成された極めて浅いチャネルで構成されている。前側凹部表面76は、前面75から凹んでおり、且つ、前側スペーサ77によって分離されている。この構成では、薄い材料の裏面は平坦である。これらの非常に浅いチャネルは、粒子が流体から分離される場所である。 Another configuration of a small section of filter disk 12 is shown in FIG. The thin channel wall 60 is composed of extremely shallow channels formed by the front recessed surface 76. The front concave surface 76 is recessed from the front surface 75 and separated by the front spacer 77. In this configuration, the back surface of the thin material is flat. These very shallow channels are where the particles are separated from the fluid.

図67を参照すると、フィルタディスク12の小さ名セクションの上面図が示されている。この図では、帯電した表面が示されている。用途によっては、流れ場を横切る電界を作り出すことが望ましい。前側帯電層80は、フィルタ材料の主構造の直下に位置するように示されている。後部帯電層81は、フィルタ材料の背面の表面のすぐ下に位置する。これらの層は、交互に、フィルタ材料の表面に配置することができる。正確な場所は、特定の用途のために設計される。 With reference to FIG. 67, a top view of the minor section of the filter disk 12 is shown. In this figure, a charged surface is shown. For some applications, it is desirable to create an electric field across the flow field. The front charging layer 80 is shown to be located directly below the main structure of the filter material. The rear charged layer 81 is located just below the surface of the back surface of the filter material. These layers can be alternately placed on the surface of the filter material. The exact location is designed for a particular application.

前面及び後面は、フィルタシステムのフィルタリング特性を向上させるために他の材料でコーティングすることもできる。コーティングのいくつかの例は、炭素粒子、二酸化チタン、二酸化ケイ素、フィルタ材料に埋め込まれた帯電イオン及び他の多くの種類の材料である。 The front and back surfaces can also be coated with other materials to improve the filtering properties of the filter system. Some examples of coatings are carbon particles, titanium dioxide, silicon dioxide, charged ions embedded in filter materials and many other types of materials.

図68、図69、図70及び図71をまとめて参照すると、フィルタシステムの交互構成が示されている。図68〜図71のそれぞれに、フィルタ材料の小さなセクションが示されている。このシステムは、ディスクに巻き取られるのではなく、一緒に積層されたフィルタ材料からなる。トップカバーとボトムカバーは円形ではなく長方形である。流入口及び流出口チャネルは、放射状ではなく線形である。入口チャネル及び出口チャネルは、ディスク入口及び出口領域と嵌合する。この交互構成は、円形バージョンと同じように機能する。フィルム入口領域90、フィルム出口領域91及びフィルム壁領域92の比較的等しいサイズは、トップカバーのチャネルと整列させるために、薄い材料の配置において精度をあまり必要としない。 With reference to FIGS. 68, 69, 70 and 71 together, alternating configurations of filter systems are shown. A small section of filter material is shown in each of FIGS. 68-71. The system consists of filter material laminated together rather than being wound onto a disc. The top and bottom covers are rectangular rather than circular. The inlet and outlet channels are linear rather than radial. The inlet and outlet channels fit into the disc inlet and outlet areas. This alternating configuration works the same as the circular version. The relatively equal sizes of the film inlet region 90, the film exit region 91 and the film wall region 92 require less precision in the placement of thin materials to align with the top cover channels.

図72を参照すると、2段階フィルタシステムのためのフィルタ材料のセクションが示されている。これは、前述の1段階フィルタシステムの全ての要素を有する。 With reference to FIG. 72, a section of filter materials for a two-stage filter system is shown. It has all the elements of the one-step filter system described above.

さらに、それは、1段階システムの下に構成された第2のフィルタステージ100を有する。濾過された領域61からの流れは、第2のステージ入口102における第2のフィルタステージ100に入る。第2のフィルタステージ100を出る濃縮流体は、第2のステージ出口105によってフィルタ材料の上端に送られる。濾過された流体は、第2段の薄いチャネル壁106を出て、第2段のろ過領域107に移動する。第2段のろ過領域107において、ろ過された出力プレナム13上にフィルタ材料の底端部を自由に出ることができる。 In addition, it has a second filter stage 100 configured under a one-stage system. The flow from the filtered region 61 enters the second filter stage 100 at the second stage inlet 102. The concentrated fluid exiting the second filter stage 100 is fed to the upper end of the filter material by the second stage outlet 105. The filtered fluid exits the thin channel wall 106 of the second stage and moves to the filtration region 107 of the second stage. In the second stage filtration region 107, the bottom edge of the filter material can be freely exited onto the filtered output plenum 13.

フィルタチャネル及びフィルタ入口及び出口の多数の構成をフィルタ材料上に構成することができることに留意されたい。 Note that a number of configurations of filter channels and filter inlets and outlets can be configured on the filter material.

本技術は、フィルタに関し、より詳細には、限定するものではないが、互いに対して交互に且つ横方向に配向された多重段階式(sataged)層を含むフィルタに関する。これらのフィルタは、様々な大きさの粒子を除去するために微粒子含有流体を濾過するように構成されることが有利である。 The present technology relates to filters and, in more detail, to filters including, but not limited to, layers that are alternately and laterally oriented with respect to each other. It is advantageous that these filters are configured to filter fine particle-containing fluids to remove particles of various sizes.

様々な実施形態を上記で説明してきたが、これらの実施形態は、単なる例示であり、限定するものではないことを理解されたい。この説明は、本技術の範囲を本明細書に記載の特定の形態に限定することを意図するものではない。従って、好ましい実施形態の幅及び範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれかによって限定されるべきではない。上記の説明は例示であり、限定的ではないことを理解されたい。それどころか、本説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される技術の精神及び範囲内に含まれ、かつ当業者によって認識されるような代替物、改変物、及び等価物を包含することが意図される。従って、技術の範囲は、上記の説明を参照せずに決定されるべきであり、代わりに、それらの均等物の全範囲とともに添付の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。 Although various embodiments have been described above, it should be understood that these embodiments are merely exemplary and not limiting. This description is not intended to limit the scope of the technology to the particular embodiments described herein. Therefore, the width and scope of the preferred embodiments should not be limited by any of the above exemplary embodiments. It should be understood that the above description is exemplary and not limiting. On the contrary, this description is intended to include alternatives, modifications, and equivalents within the spirit and scope of the technology as defined by the appended claims and as recognized by those skilled in the art. Will be done. Therefore, the scope of the art should be determined without reference to the above description, and instead should be determined with reference to the appended claims along with the full scope of their equivalents.

本発明はまた、以下の態様に関する。:
1.フィルタフィルムであって、
(a)フィルムの上面から延長する複数の分割壁であって、複数のテーパ状の入口チャネルを形成する前記複数の分割壁と;
(b)前記複数の分割壁のそれぞれの長さに沿って形成された複数のクロスチャネルと;
(c)前記複数のテーパ状の入口チャネルの各々のための入口チャネルと;
(d)前記複数のテーパ状の入口チャネルの各々のための出口チャネルと;
を含む、フィルタフィルム。
2.前記フィルタフィルムの前面を覆う導電層をさらに含む、請求項1に記載のフィルタフィルム。
3.前記フィルタフィルムの裏面を覆う導電層をさらに含む、請求項2に記載のフィルタフィルム。
4.前記前面及び裏面の導電層は、荷電粒子が埋め込まれている、請求項3に記載のフィルタフィルム。
5.前記フィルタフィルムの前面を覆う導電層を覆う電気絶縁層をさらに含む、請求項2に記載のフィルタフィルム。
6.前記複数のテーパ状の入口チャネルは実質的にV字形である、請求項1に記載のフィルタフィルム。
7.前記フィルタフィルムの入口チャネルが交互の幅を有する、請求項6に記載のフィルタフィルム。
8.前記複数の分割壁のそれぞれの前記複数のクロスチャネル上に配置された多孔質の導電性材料又はテクスチャリングをさらに含む、請求項1に記載のフィルタフィルム。
9.前記複数のクロスチャネルの各々は、隣接する分割壁によって形成されたテーパ状の構成を含み、前記隣接する分割壁は涙の形状である、請求項1に記載のフィルタフィルム。
10.請求項1に記載のフィルタフィルムを複数含み、前記複数のフィルタフィルムは、積み重ねられ、且つ、嵌合する関係で配置されている、フィルタ装置。
11.前記複数のフィルタフィルムは、円筒状に巻かれている、請求項10に記載のフィルタ装置。
12.前記複数のフィルタフィルムは、螺旋状構成に巻かれている、請求項10に記載のフィルタ装置。
13.フィルタフィルムであって、
フィルムの上面から延長する複数の入口分割壁の第1の列であって、流体中の前記複数の入口分割壁は複数のフィルタ入口チャネルと連通し、前記複数の入口分割壁は、互いに間隔をあけて複数のチャネルを形成し、前記複数の入口分割壁の各々は、前記入口分割壁の底部に近接した湾曲セクションを含む、入口分割壁の第1の列と;
複数の入口分割壁の第2の列であって、前記複数の入口分割壁が、前記第1の列の複数のフィルタ入口チャネルよりも狭いフィルタ入口チャネルを形成するため、第1の列の複数の入口分割壁よりもより近接した間隔を置いて配置される、第2の列と;
を含む、フィルタフィルム。
14.前記第1の列及び第2の列は、クロスチャネルを形成するため、相互に離間される、請求項13に記載のフィルタフィルム。
15.第3のフィルタチャネルを形成する複数の入口分割壁の第3の列をさらに含む、請求項14に記載のフィルタフィルム。
16.前記第2及び第3の列は、別のクロスチャネルを形成するため、相互に離間される、請求項13に記載のフィルタフィルム。
17.請求項13に記載のフィルタフィルムを複数含むフィルタ装置。
18.前記複数のフィルタフィルムを囲むためのハウジングをさらに含む、請求項17に記載のフィルタ装置。
19.前記複数のフィルタ入口チャネルと流体連通する上部プレナムをさらに含む、請求項18に記載のフィルタ装置。
20.前記フィルタ装置を通って流れる流体を前記ハウジングの流体出口に向けるための下部プレナムをさらに含む、請求項19に記載のフィルタ装置。
21.フィルタディスクを保持するための円筒形ハウジングを含むフィルタであって、前記円筒形ハウジングは、複数の半径方向入口チャネルと複数の半径方向出口チャネルとを含むトップカバーを含み、前記複数の半径方向入口チャネルは、前記半径方向出口チャネルと交互の関係で配置され、前記トップカバーは、流体を受けるためのカバー入口チャネルを含み、前記半径方向出口チャネルは、前記フィルタディスクから濃縮又は濾過された流体を収集する、フィルタ。
22.前記円筒形ハウジングが、前記複数の半径方向出口チャネルと流体連通する出口プレナムを含む、請求項21に記載のフィルタ。
23.前記フィルタディスクは、複数のフィルタフィルムを含み、
前記複数のフィルタフィルムのそれぞれは、
薄いフィルタ壁によって境界を定められた蛇行したフィルタチャネルと、
複数のディスク入口チャネルであって、前記複数のディスク入口チャネルの各々は、蛇行したフィルタチャネルと協働して、左ディスクフローチャネル及び右ディスクフローチャネルを形成する、複数のディスク入口チャネルと、
を含む、請求項21に記載のフィルタ。
24.複数のパネルを含むフィルタ装置であって、
前記複数のパネルの各々は、
フィルタリング前面と、平坦な背面と、を含み、前記フィルタリング前面は、
互いに離間して垂直チャネルを形成する、垂直方向に延びる突起の第1の列であって、前記フィルタ装置の入口に近接する第1の列と、
互いに離間して垂直チャネルを形成する、垂直方向に延びる突起の第2の列であって、前記フィルタ装置の出口に近接する第2の列と、
フィルタリング突起の1つ以上の列であって、前記1つ以上の列が互いに垂直方向に間隔をあけて配置され、且つ、垂直方向に延びる突起の第1の列と第2の列との間に延び、フィルタリング突起の各列は、所与のサイズのオブジェクトを受け取り、且つ、保持するように構成されたサイズを有するフィルタチャネルを形成するため、互いに離間したフィルタリング突起を含む、フィルタリング突起の1つ以上と、
を含み、且つ、
(f)前記複数のパネルは嵌合構成で積み重ねられ、それにより、1つのパネルのフィルタリング前面が隣接するパネルの平坦な背面と嵌合して接触する、
フィルタ装置。
25.前記フィルタリング突起の1つ以上の列のそれぞれが、固有の幅を有するフィルタリングチャネルを含む、請求項24に記載のフィルタ装置。
The present invention also relates to the following aspects. :
1. 1. It's a filter film
(A) A plurality of dividing walls extending from the upper surface of the film, and the plurality of dividing walls forming a plurality of tapered inlet channels;
(B) With a plurality of cross channels formed along the respective lengths of the plurality of dividing walls;
(C) With an inlet channel for each of the plurality of tapered inlet channels;
(D) With an exit channel for each of the plurality of tapered inlet channels;
Including filter film.
2. 2. The filter film according to claim 1, further comprising a conductive layer covering the front surface of the filter film.
3. 3. The filter film according to claim 2, further comprising a conductive layer covering the back surface of the filter film.
4. The filter film according to claim 3, wherein the conductive layers on the front surface and the back surface are embedded with charged particles.
5. The filter film according to claim 2, further comprising an electrically insulating layer covering a conductive layer covering the front surface of the filter film.
6. The filter film of claim 1, wherein the plurality of tapered inlet channels are substantially V-shaped.
7. The filter film according to claim 6, wherein the inlet channels of the filter film have alternating widths.
8. The filter film of claim 1, further comprising a porous conductive material or texturing arranged on each of the plurality of cross-channels of the plurality of dividing walls.
9. The filter film according to claim 1, wherein each of the plurality of cross channels includes a tapered structure formed by adjacent dividing walls, and the adjacent dividing walls are in the shape of tears.
10. A filter device including a plurality of filter films according to claim 1, wherein the plurality of filter films are arranged in a stacking and fitting relationship.
11. The filter device according to claim 10, wherein the plurality of filter films are wound in a cylindrical shape.
12. The filter device according to claim 10, wherein the plurality of filter films are wound in a spiral structure.
13. It's a filter film
A first row of plurality of inlet partition walls extending from the top surface of the film, wherein the plurality of inlet dividers in a fluid communicate with a plurality of filter inlet channels, and the plurality of inlet dividers are spaced from each other. A plurality of channels are formed open, and each of the plurality of entrance dividing walls includes a curved section close to the bottom of the entrance dividing wall with a first row of the entrance dividing walls;
A plurality of in the first row, which is a second row of the plurality of inlet dividers, wherein the plurality of inlet dividers form a filter inlet channel that is narrower than the plurality of filter inlet channels in the first row. With a second row, which is placed closer to the entrance split wall of
Including filter film.
14. The filter film according to claim 13, wherein the first row and the second row are separated from each other in order to form a cross channel.
15. The filter film of claim 14, further comprising a third row of plurality of inlet dividing walls forming a third filter channel.
16. 13. The filter film of claim 13, wherein the second and third rows are separated from each other to form separate cross-channels.
17. A filter device including a plurality of filter films according to claim 13.
18. The filter device according to claim 17, further comprising a housing for surrounding the plurality of filter films.
19. The filter device of claim 18, further comprising an upper plenum that communicates fluid with the plurality of filter inlet channels.
20. 19. The filter device of claim 19, further comprising a lower plenum for directing fluid flowing through the filter device to the fluid outlet of the housing.
21. A filter comprising a cylindrical housing for holding a filter disk, said cylindrical housing comprising a top cover including a plurality of radial inlet channels and a plurality of radial inlet channels, said said a plurality of radial inlets. The channels are arranged in an alternating relationship with the radial outlet channel, the top cover includes a cover inlet channel for receiving fluid, and the radial outlet channel is a fluid concentrated or filtered from the filter disk. A filter to collect.
22. 21. The filter of claim 21, wherein the cylindrical housing comprises an outlet plenum that fluidly communicates with the plurality of radial outlet channels.
23. The filter disc contains a plurality of filter films.
Each of the plurality of filter films
A meandering filter channel bounded by a thin filter wall,
A plurality of disk inlet channels, each of which cooperates with a meandering filter channel to form a left disk flow channel and a right disk flow channel.
21. The filter according to claim 21.
24. A filter device that includes multiple panels
Each of the plurality of panels
The filtering front surface includes a filtering front surface and a flat back surface.
A first row of vertically extending protrusions that form vertical channels that are spaced apart from each other and that are close to the inlet of the filter device.
A second row of vertically extending protrusions that form vertical channels that are spaced apart from each other and that are close to the outlet of the filter device.
One or more rows of filtering protrusions, wherein the one or more rows are spaced vertically apart from each other and between a first row and a second row of vertically extending protrusions. One of the filtering projections, each row of filtering projections comprising filtering projections spaced apart from each other to form a filter channel having a size configured to receive and hold an object of a given size. With one or more
Including and
(F) The plurality of panels are stacked in a mating configuration, whereby the filtering front surface of one panel mates and contacts the flat back surface of an adjacent panel.
Filter device.
25. 24. The filter device of claim 24, wherein each of the one or more rows of the filtering projections comprises a filtering channel having a unique width.

1 脱イオンパネル1
2 上面
3 エンボスフィルム
4 上端
5 入力チャネル
6 クロスチャネル
7 前面
8 出力チャネル
9 クロスチャネル分割壁
1 Deion panel 1
2 Top surface 3 Embossed film 4 Top edge 5 Input channel 6 Cross channel 7 Front surface 8 Output channel 9 Cross channel split wall

Claims (8)

層状構成に積み重ねられた複数のフィルタフィルム(3)を備えた、脱イオン化パネル(1)であって、前記複数のフィルタフィルムの各々は、
前記フィルムの上面(2)に複数の入口、及び前記フィルムの底面に複数の出口であって、ここで、前記フィルムの上面から延在する複数の入口チャネル(5)は、入口から出口に向かってテーパ状に構成され、且つここで、前記フィルムの底面から延在する複数の出口チャネルは、出口から入口に向かってテーパ状に構成にされること、
テーパ状の入口チャネルがテーパ状の出口チャネルと隣接する中間部分と、前記フィルムの上面から延在する入口チャネルにおいて、入口チャネル同士が隣接するトップ部分と、前記フィルムの底面から延在する出口チャネルにおいて、出口チャネル同士が隣接するボトム部分と、
フィルムの上面から前記フィルムの底面までの範囲において、入口チャネル、及び出口チャネルに対して垂直方向に複数の分割壁(9)であって、ここで、前記複数の分割壁は、チャネル間に構成されること
前記フィルムの前記トップ部分、中間部分、ボトム部分の全長にわたって、分割壁とチャネルによって区画された複数のクロスチャネル(6)、
前記フィルタフィルムの前面(7)の導電層及び前記フィルタフィルムの裏面(15)の導電層であって、ここで、前記フィルタフィルムは、前記フィルタフィルムの前面(7)の導電層及び前記フィルタフィルムの裏面(15)の導電層を、互いに反対の電荷で帯電させることにより、チャネルを流れる荷電粒子が、前記フィルタフィルムの前面又は裏面に引き付けられるように構成されること
を含む、脱イオン化パネル(1)。
A deionization panel (1) comprising a plurality of filter films (3) stacked in a layered structure, each of the plurality of filter films.
A plurality of inlets on the upper surface (2) of the film and a plurality of outlets on the bottom surface of the film, wherein the plurality of inlet channels (5) extending from the upper surface of the film are directed from the inlet to the outlet. The plurality of outlet channels extending from the bottom surface of the film are tapered from the outlet to the inlet.
In the intermediate portion where the tapered inlet channel is adjacent to the tapered exit channel, and in the inlet channel extending from the upper surface of the film, the top portion where the inlet channels are adjacent to each other and the outlet channel extending from the bottom surface of the film. In the bottom part where the exit channels are adjacent to each other,
In the range from the upper surface of the film to the bottom surface of the film, there are a plurality of dividing walls (9) perpendicular to the inlet channel and the exit channel , wherein the plurality of dividing walls are formed between the channels. To be done ,
A plurality of cross channels (6) partitioned by dividing walls and channels over the entire length of the top, middle and bottom portions of the film.
The conductive layer on the front surface (7) of the filter film and the conductive layer on the back surface (15) of the filter film , wherein the filter film is the conductive layer on the front surface (7) of the filter film and the filter film. the conductive layer of the back surface (15) of the by charging with opposite charges to each other, the charged particles flowing through the channel is configured to be attracted to the front or back surface of the filter film,
Deionized panel (1).
前記前面及び前記裏面の導電層は、荷電粒子が埋め込まれている、請求項に記載の脱イオン化パネル(1)。 The front and the back of the conductive layer, the charged particles are embedded, deionized panel according to claim 1 (1). 前記フィルタフィルムの前記前面を覆う前記導電層を覆う電気絶縁層をさらに含む、請求項1に記載の脱イオン化パネル(1)。 The deionized panel (1) according to claim 1, further comprising an electrically insulating layer covering the conductive layer covering the front surface of the filter film. 前記複数のテーパ状の入口チャネルは実質的にV字形である、請求項1に記載の脱イオン化パネル(1)。 The deionized panel (1) of claim 1, wherein the plurality of tapered inlet channels are substantially V-shaped. 前記複数のテーパ状の入口チャネル(5)は前記複数のテーパ状の出力チャネル(8)と交互の関係で配置される、請求項に記載の脱イオン化パネル(1)。 The deionization panel (1) according to claim 4 , wherein the plurality of tapered inlet channels (5) are arranged in an alternating relationship with the plurality of tapered output channels (8). 前記複数の分割壁の各々の複数のクロスチャネル上に配置された多孔質の導電性材料をさらに含む、請求項1に記載の脱イオン化パネル(1)。 The deionized panel (1) according to claim 1, further comprising a porous conductive material arranged on a plurality of cross channels of each of the plurality of dividing walls. 前記複数のクロスチャネルの各々は、隣接する分割壁によって形成されているテーパ状の構成を含む、請求項1に記載の脱イオン化パネル(1)。 The deionized panel (1) according to claim 1, wherein each of the plurality of cross channels includes a tapered structure formed by adjacent dividing walls. 前記複数のフィルタフィルムは、螺旋状構成に巻かれている、請求項1に記載の脱イオン化パネル(1)。
The deionization panel (1) according to claim 1, wherein the plurality of filter films are wound in a spiral structure.
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