JP2005524525A - 水フィルタ・アセンブリ - Google Patents
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Abstract
水処理システムで使用されるために設計されたフィルタ・アセンブリが提供される。該アセンブリは、内側の炭素系フィルタ(100)と、外側の交換可能なプリーツ状フィルタ(400)とを含む。未処理水は粒子を捕捉する外側フィルタ(400)を通り、次に、水からの粒子を捕捉すると共に汚染物質を吸着する内側の炭素系フィルタ(100)を通り流れる。外側フィルタ(400)は内側フィルタ(100)から容易に取り外され得ることから、外側フィルタ(400)は粒子により詰まりを生じたときに取り外されて清浄化もしくは交換され得る。
Description
本発明はフィルタに関し、より詳細には、内側の炭素系フィルタおよび着脱可能な外側のプリーツ状フィルタ(pleated filter)を備えるフィルタ・アセンブリに関する。
水処理システムの用途は、米国および国外を通して増え続けている。これらの水処理システムにおいては多くの場合に炭素系フィルタが使用される、と言うのも、それは水流から粒状物質および汚染物質を効率的に除去し得るからである。これらの炭素系フィルタは典型的に、無拘束の粒状活性炭を含む活性炭床または加圧成形もしくは押出し成形された活性炭ブロックから成り得る。当業者であれば、炭素系フィルタは多くの方法を用いて製造もしくは組立てられ得ることを理解し得よう。これらの炭素系フィルタは多くの場合、水処理システムのフィルタ・ハウジング内に位置すべく設計される。未処理の水はフィルタ・ハウジングに進入すると共に炭素系フィルタを通して導向され、其処で、物理的な濾過および吸着の組み合わせが作用して粒子および汚染物質が除去される。斯かる水処理システムの例はクエネン等(Kuennen et al)に対する米国特許第5,698,091号に見出され得るが、その主題は言及したことにより本明細書中に援用される。
炭素系フィルタは、未処理の水流から効率的に粒子を除去して汚染物質を減少し得る限りにおいて有用である。上記フィルタの耐用寿命は概略的に、該炭素系フィルタを通過した水の合計体積により決定される。フィルタを所定体積の水が通過した後ではフィルタが粒子および/または汚染物質により飽和したと仮定されることから、その有用な目的をもはや効果的に達成し得ない。この時点においてそのフィルタは寿命が尽き、交換されねばならない。しかし、濾過される水が非常に濁っていると、炭素フィルタは粒子により尚早に詰まることがある。この尚早な詰まりはフィルタを通る水の流れを阻害しまたは阻止することさえあり、該フィルタの定格寿命に至る前の交換に繋がり得る。
この問題を解決すべく、炭素フィルタを囲繞する外側包成フィルタ(outer wrap filter)を配備する試みが行われてきた。上記包成フィルタは概略的に大寸マイクロメートル定格の材料から成り、水が炭素フィルタに進入する前に水から粒子を除去すべく作用する。しかし、これらの外側包成フィルタは最小限の表面積を提供するのみであることから、粒子により容易に詰まることになる。これに加え、多くの場合においてこれらの外側包成フィルタは炭素系フィルタの回りに確実なシールを提供しないので、未濾過の水が炭素系フィルタに直接的に流入するのを許容し、逆効果となる。
一定の炭素フィルタは、炭素ブロックを通り流れる前に未処理水から粒子を除去する一体的前置フィルタを含む。しかし、これらの一体的前置フィルタが一旦詰まると、該前置フィルタおよび炭素系フィルタを含むフィルタ・アセンブリ全体が交換されねばならない。再び、比較的に高価な炭素系フィルタは、それが実際に定格寿命に至る以前に交換される。斯かるフィルタの例はヴァンデルビルト等(VanderBilt et al)に対する米国特許第4,753,728号に見出され得るが、その主題は言及したことにより本明細書中に援用される。
多くの水処理システムは、炭素フィルタを囲繞するハウジングとは別体のハウジング内に設置された前置フィルタを含む。水は最初に前置フィルタ・ハウジングを通り流れ、其処で前置フィルタは大寸粒子を除去すべく機能する。次に水は炭素系フィルタ・ハウジングを通り流れ、其処で炭素フィルタは小寸粒子および汚染物質を除去する。この構成によれば、炭素フィルタを取り外したり交換せずに、前置フィルタが取り外して交換され得る。しかしこれらの処理システムは、別体の前置フィルタ・ハウジングおよび付随配管の付加により、更に大寸かつ更に複雑とされる。斯かるフィルタの例は、バイレー等(Bailey et al)に対する米国特許第6,001,249号に見出され得る。
故に、水処理システムでの使用のために着脱可能な外側前置フィルタを備える炭素フィルタを提供することが望ましい。更に、この着脱可能な外側前置フィルタは清浄化可能もしくは交換可能とされることで、それが粒子により詰まりを生じたとしてもユーザは炭素フィルタを交換せずに外側フィルタを取り外して清浄化もしくは交換し得ることが望ましい。更に、上記着脱可能な外側前置フィルタおよび上記炭素フィルタは両者ともに共通フィルタ・ハウジング内に位置するのが望ましい。
本発明は水処理システムで使用されるフィルタ・アセンブリに関する。より詳細には本発明は、外側の交換可能な前置フィルタと、該外側前置フィルタ内に嵌合され得る内側の炭素系フィルタと、上記外側前置フィルタを上記内側の炭素系フィルタに取付ける取付デバイスと、上記外側前置フィルタの周縁部の回りを包成する一本以上の筒状ストラップとを備えるアセンブリに関する。
上記内側の炭素系フィルタは、概略的に円筒形状であり、且つ、結合された活性炭を加圧成形もしくは押出し成形した中空コアブロック、または、無拘束の粒状活性炭を含む活性炭床を収容する透水性の円筒状ハウジングから成り得る。当業者であれば、上記炭素系フィルタは多くの方法を用いて製造もしくは組立てられ得ることを理解し得よう。上記炭素フィルタは更に、ポリプロピレンなどの堅固な非孔性の材料から成る一個以上の端部キャップを備え得る。上記内側の炭素系フィルタの端部キャップは概略的に円形状であると共に、該内側の炭素フィルタに対して接着されもしくは別様に取付けられる。上記内側の炭素系フィルタの頂端部キャップは更に、取付デバイスを収容すべく螺条形成されまたは別様に構成された同心的隆起円錐区画を備える。
上記外側フィルタは概略的に円筒形状であり、且つ、該フィルタの長軸に平行に延在するプリーツを有して事前プリーツ形成され又はプリーツ形成され得る材料から成る。上記外側フィルタは更に、ポリプロピレンなどの堅固な非孔性の材料から作成された2個の端部キャップであって該外側フィルタの各端部に接着されもしくは別様に取付けられた2個の端部キャップを備える。
上記フィルタ・アセンブリは更に、ポリエステルもしくはナイロンなどの材料から作成される円筒状のストラップもしくは帯状体などの、ひとつ以上のデバイスを備える。これらのデバイスは上記外側フィルタの円周部の回りに密接に嵌装されると共に、上記フィルタ・アセンブリを通る水流の体積を実質的に阻害せずに上記外側フィルタの不適当な円周方向拡張を防止すべく設計される。
次に各図、特に図1を参照すると、本発明のフィルタ・アセンブリは10により表される。フィルタ・アセンブリ10は、内側フィルタ要素100、外側フィルタ要素400、着脱可能な取付デバイス800、および、一本以上の筒状ストラップ700を備える。内側フィルタ要素100は、内側頂端部キャップ200および内側底端部キャップ300を含む。外側フィルタ要素400は、外側頂端部キャップ500および外側底端部キャップ600を含む。外側フィルタ要素400は、共通長手軸心を共有する如く内側フィルタ要素100を密接に囲繞すべく設計される。一本以上の筒状ストラップ700は、外側頂端部キャップ500と外側底端部キャップ600との間において外側フィルタ要素400の回りに円周方向に装着される。
図1を更に参照すると、各筒状ストラップ700は概略的に円筒形状であると共に、ポリエステルもしくはナイロンなどの可撓材料から成り、かつ、外側フィルタ要素400の外側面に対して接着されもしくは別様に取付けられる。筒状ストラップ700を外側フィルタ要素400に対して取付けるためにポリエチレン系接着剤が使用されるが、任意の適切な接着剤が採用され得る。
図1を更に参照すると取付デバイス800は、螺条付ボルト、ネジ、クリップ、留め金、磁石、または、内側頂端部キャップ200に対して着脱可能に取付けられ得る他の任意な留め具とされ得る。
次に図2および図3を参照すると内側フィルタ要素100は、特定の細孔サイズ分布および結合剤を有すると共に径方向内方流路を有すべく活性炭を加圧成形もしくは押出し成形した中空ブロックなどの炭素系フィルタから成る。内側フィルタ要素100は概略的に円筒形状であると共に、中央軸心に平行なフィルタ中央ボア110、頂面120、底面130および外側面140を画成する。
次に付加的に図4および図5を参照すると内側頂端部キャップ200は、外側面230、内側面240および隆起唇部220を備える概略的な円形状である。図示実施例の内側頂端部キャップ200は、同心的隆起区画210を更に備える。同心的隆起区画210は、円筒形状もしくは円錐形状とされ得る。同心的隆起区画210の内側は、取付デバイス800を収容すべく螺条形成されもしくは別様に構成される。内側面240は更に、複数の同心的隆起部250を備える。内側面240は内側フィルタ要素100の頂面120に対して接着されもしくは別様に取付けられ、隆起唇部220は部分的に内側フィルタ要素100の外側面140上に延在し、かつ、同心的隆起区画210は内側フィルタ要素100のフィルタ中央ボア110に嵌合する。内側頂端部キャップ200を内側フィルタ要素100に取付けるべく使用されるひとつの適切な接着剤はポリエチレン系接着剤であるが、任意の適切な接着剤が採用され得る。
次に図6および図7を参照すると内側底端部キャップ300は、隆起唇部350、内側面340および端部キャップ中央ボア390を備える概略的な円形状であることが示される。内側面340は更に、複数の同心的隆起部342を備える。内側底端部キャップ300は更に、内側面340に対して成形された中空隆起区画380を備える。中空隆起区画380は、円筒状、截頭円錐、または、他の任意で適切な形状とされ得る。次に図6を特に参照すると、内側底端部キャップ300に対しては水フィルタ吐出口360が成形されると共に該吐出口は概略的に、エラストマ製の弾性的なシール用O−リング364を捕捉する一個以上の環状凹所362を含むことが示される。図6を更に参照すると、隆起唇部350には、エラストマ製の弾性的なシール用O−リング354を捕捉する一個以上の環状ショルダ352が成形されることが示される。内側面340は内側フィルタ要素100の底面130に対して接着されもしくは別様に取付けられ、隆起唇部350は部分的に内側フィルタ要素100の外側面140上に延在し、且つ、フィルタ中央ボア110が端部キャップ中央ボア390と流体連通する如く中空隆起区画380は部分的に内側フィルタ要素100のフィルタ中央ボア110内に延在する。内側底端部キャップ300を内側フィルタ要素100に取付けるべく使用されるひとつの適切な接着剤はポリエチレン系接着剤であるが、任意の適切な接着剤が採用され得る。
次に図8および図9を参照すると、外側フィルタ要素400は頂面410、底面420、外側面430および内側面440を備える概略的な円筒形状であることが示される。
外側フィルタ要素400は、サイズが20マイクロメートルより大きい全ての粒子を除去する上で95%以上有効である好適にはポリエステルなどのポリマとされる材料であって、事前プリーツ形成されたもしくはプリーツ形成され得る材料から成る。代替実施例において外側フィルタ要素400は、サイズが5マイクロメートルより大きい全ての粒子を除去する上で95%以上有効である好適にはポリエステルなどのポリマとされるプリーツ状材料から成る。更に別の実施例において外側フィルタ要素400は、サイズが1マイクロメートルより大きい全ての粒子を除去する上で95%以上有効である好適にはポリエステルなどのポリマとされるプリーツ状材料から成る。
プリーツ形成された外側面430は外径435を規定する。プリーツ形成された内側面440は内径445を規定する。プリーツ深度450は、外径435と内径445との間の差の半分として測定される。一実施例において、プリーツ深度450は2〜7ミリメートルである。別実施例において、プリーツ深度450は3〜6ミリメートルである。更なる別実施例において、プリーツ深度450は4〜5ミリメートルである。
本発明の好適実施例において外側フィルタ要素400の外側表面積は、内側フィルタ要素100の外側面140の表面積の2〜10倍大きい。更に好適な実施例において外側フィルタ要素400の外側表面積は、内側フィルタ要素100の外側面140の表面積より3〜8倍大きい。更に好適な実施例において外側フィルタ要素400の外側表面積は、内側フィルタ要素100の外側面140の表面積より4〜6倍大きい。更に好適な実施例において外側フィルタ要素400の外側表面積は、内側フィルタ要素100の外側面140の表面積より4.5〜5.5倍大きい。
次に図10および図11を参照すると外側頂端部キャップ500は、外側面530、内側面540、隆起唇部520、同心的隆起円錐区画560および頂部キャップ中央ボア570を備える概略的な円形状である。外側頂端部キャップ500は更に、内側同心的隆起唇部550を備える。隆起唇部520および550は、外側フィルタ要素400の頂面410を捕捉する凹所580であって頂面410に対して接着されもしくは別様に取付けられる凹所580を生成する。外側頂端部キャップ500を外側フィルタ要素400に取付けるべく使用されるひとつの適切な接着剤はポリエチレン系接着剤であるが、任意の適切な接着剤が採用され得る。
次に図12および図13を参照すると外側底端部キャップ600は、外側面630、第1の内径620および隆起内側唇部610を備える概略的な円筒形状である。隆起唇部610および外側面630は、外側フィルタ要素400の底面420を捕捉する凹所640であって外側フィルタ要素400の底面420に接着されもしくは別様に永続的に取付けられる凹所640を生成する。外側底端部キャップ600を外側フィルタ要素400に取付けるべく使用されるひとつの適切な接着剤はポリエチレン系接着剤であるが、任意の適切な接着剤が採用され得る。
上記実施例のフィルタ・アセンブリは、外側フィルタ要素400および取付けられた外側底端部キャップ600を内側フィルタ要素100上に摺動させて組立てられることから、両方のフィルタ要素は共通長手軸心を共有し、且つ、外側底端部キャップ600の内径部620は内側底端部キャップ300のシール用O−リング354と接触する。外側フィルタ要素400は、着脱可能な取付デバイス800を外側頂端部キャップ500の開口570に通し且つ内側頂端部キャップ200の同心的隆起区画210内へと通すことにより、内側フィルタ要素100に対して着脱自在に取付けられ得る。外側フィルタ要素400は内側フィルタ要素100から分離して取り外されることで、個々のフィルタ要素の清浄化もしくは交換を許容し得る。
上記においては本発明の幾つかの代表的実施例のみが詳細に記述されたが、当業者であれば、本発明の新規な教示および利点から実質的に逸脱せずに上記代表的実施例において多くの改変が可能であることを容易に理解し得よう。故に、斯かる改変の全ては添付の各請求項に定義された本発明の有効範囲に包含されることが意図される。各請求項においてデバイスおよび機能節(device−and−function clause)は、記述された機能を実施するものとして本明細書中に記述された構造、および、構造的な均等物だけでなく均等な構造も包含することが意図される。たとえば、ひとつの(”a”、”an)、その(”the”)または前記(”said”)という冠詞を用いた単数形における請求項での一切の言及は、その単数形に限定されるものと解釈されるべきでない。
Claims (33)
- 対向する第1および第2非孔性端部キャップと、該第1および第2端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第1フィルタを長手方向に貫通延在する第1中央ボアを画成する炭素系フィルタとを備えて成る第1フィルタであって、上記第1端部キャップはその厚みの全体に亙り形成された開口であって上記中央ボアと連通する開口を有するという第1フィルタと、
対向する第3および第4非孔性端部キャップと、該第3および第4端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第2フィルタを長手方向に貫通延在する第2中央ボアを画成するフィルタとを備えて成る第2フィルタであって、上記第3端部キャップはその厚みの全体に亙る開口であって上記中央ボアと連通する開口を有するという第2フィルタと、を備えて成り、
上記第1中央ボアおよび上記第2中央ボアの両者が共通中央長手軸心を共有する如く且つ上記第3端部キャップは上記第1端部キャップにシール接触する如く、上記第1フィルタは上記第2フィルタに着脱自在に挿入される、
フィルタ・アセンブリ。 - 前記第2フィルタは、該第2フィルタの前記中央軸心に平行に整列されたプリーツを有するプリーツ状材料を備えて成る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第4端部キャップは、その厚みの全体に亙り形成された開口を有し、該第4端部キャップにおける上記開口は前記第2中央ボアと連通する、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1端部キャップと前記第3端部キャップとの間にはエラストマ製シール用O−リングが介設される、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1フィルタは活性炭を備えて成る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1フィルタは活性炭の加圧成形ブロックを備えて成る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1フィルタは活性炭の押出し成形ブロックを備えて成る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの回りに円周方向に取付けられたデバイスを更に備えて成る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1端部キャップは水処理システムのデッキ内に挿入され得る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの外側表面積は前記第1フィルタの外側表面積の2〜10倍大きい、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの外側表面積は前記第1フィルタの外側表面積の3〜8倍大きい、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの外側表面積は前記第1フィルタの外側表面積の4〜6倍大きい、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの外側表面積は前記第1フィルタの外側表面積の4.5〜5.5倍大きい、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- プリーツ深度は2〜7ミリメートルである、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- プリーツ深度は3〜6ミリメートルである、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- プリーツ深度は4〜5ミリメートルである、請求項2記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2端部キャップは更に、着脱可能な取付デバイスの取付けを受け入れ得る、請求項3記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第4端部キャップに貫通形成された前記開口に貫通挿入されると共に前記第2端部キャップに取付けられた着脱可能な取付デバイスを更に備えて成る、請求項17記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスは螺条付ボルトである、請求項18記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスはネジである、請求項18記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスはクリップである、請求項18記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスは磁石である、請求項18記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの回りに円周方向に取付けられた前記デバイスは複数のストラップを備えて成る、請求項8記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第2フィルタの回りに円周方向に取付けられた前記デバイスは帯状包成体を備えて成る、請求項8記載のフィルタ・アセンブリ。
- 対向する第1および第2非孔性端部キャップと、該第1および第2端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第1フィルタを長手方向に貫通延在する第1中央ボアを画成する加圧成形活性炭ブロック・フィルタとを備えて成る第1フィルタであって、上記第1端部キャップはその厚みの全体に亙り形成された開口であって上記中央ボアと連通する開口を有し、且つ、上記第2端部キャップは上記中央ボア内に延在する同心的隆起区画であって取付デバイスを受け入れ得る同心的隆起区画を備えて成るという第1フィルタと、
対向する第3および第4非孔性端部キャップと、該第3および第4端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第2フィルタを長手方向に貫通延在する第2中央ボアを画成するフィルタとを備えて成る第2フィルタであって、上記第3端部キャップはその厚みの全体に亙る開口であって上記中央ボアと連通する開口を有し、上記第4端部キャップはその厚みの全体に亙り形成された開口であって上記中央ボアと連通する開口を有するという第2フィルタと、を備えて成り、
上記第2フィルタは、上記第1フィルタの外側表面積よりも5倍大きい外側表面積を有するプリーツ状材料を備えて成り、且つ、
上記第1フィルタは上記第2フィルタに対し、両者が共通中央長手軸心を共有する如く且つ上記第3端部キャップは上記第1端部キャップにシール接触する如く、着脱自在に挿入される、
フィルタ・アセンブリ。 - 前記第1端部キャップと前記第3端部キャップとの間にはエラストマ製シール用O−リングが介設される、請求項25記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第1端部キャップは水処理システムのデッキ内に挿入され得る、請求項1記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記第4端部キャップに貫通形成された前記開口に貫通挿入されると共に前記第2端部キャップに取付けられた着脱可能な取付デバイスを更に備えて成る、請求項25記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスは螺条付ボルトである、請求項28記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスはネジである、請求項28記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスはクリップである、請求項28記載のフィルタ・アセンブリ。
- 前記着脱可能な取付デバイスは磁石である、請求項28記載のフィルタ・アセンブリ。
- 対向する第1および第2非孔性端部キャップと、該第1および第2端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第1フィルタを長手方向に貫通延在する第1中央ボアを画成する加圧成形活性炭ブロック・フィルタとを備えて成る第1フィルタであって、上記第1端部キャップはその厚みの全体に亙り形成された開口であって上記中央ボアと連通する開口を有し、上記第1端部キャップは更に水処理システムのデッキに挿入され得、且つ、上記第2端部キャップは上記中央ボア内に延在する同心的隆起区画であって取付デバイスを受け入れ得る同心的隆起区画を備えて成るという第1フィルタと、
対向する第3および第4非孔性端部キャップと、該第3および第4端部キャップ間に介設されると共に円筒状形態で配置されることで当該第2フィルタを長手方向に貫通延在する第2中央ボアを画成するフィルタとを備えて成る第2フィルタであって、上記第3端部キャップはその厚みの全体に亙る開口であって上記中央ボアと連通する開口を有し、上記第4端部キャップはその厚みの全体に亙り形成された開口であって上記中央ボアと連通する開口を有するという第2フィルタと、
上記第4端部キャップに貫通形成された上記開口に貫通挿入されると共に上記第2端部キャップに取付けられた着脱可能な取付デバイスと、を備えて成り、
上記第2フィルタは、上記第1フィルタの外側表面積よりも5倍大きい外側表面積を有するプリーツ状材料を備えて成り、且つ、
上記第1フィルタは上記第2フィルタに対し、両者が共通中央長手軸心を共有する如く且つ上記第3端部キャップは上記第1端部キャップにシール接触する如く、着脱自在に挿入される、
フィルタ・アセンブリ。
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