JP2014097492A - フィルターエレメント - Google Patents

Abstract

【課題】妥当な費用で製造することができ、様々な濾過用途への適応を可能にする、クロスフロー濾過および全量濾過に使用するフィルターエレメントを提供する。
【解決手段】未濾過液側および濾過液側を有する多孔質シート材料４０が、縦方向に延びる複数のプリーツ４２内に配置され、各プリーツが、プリーツの第１の開放端から第２の閉鎖端まで前記縦方向に対して垂直に延びる第１の壁部および第２の壁部４６，４７を有し、第１の壁部および第２の壁部が互いに離間される多孔質シート材料と、プリーツの縦方向に沿って延びる未濾過液供給装置が実質的にプリーツの全長に沿って各プリーツの第１の端部または第２の端部と流体連通し、前記流体供給装置には、供給装置からプリーツの中にプリーツの縦方向に対して略垂直な方向に流体流れを与えるように設計された開口部が設けられる、未濾過液供給装置とを備えたフィルターエレメント１２。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィルターエレメント（ｆｉｌｔｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ）およびかかるフィルターエレメントを備えるフィルターシステムに関する。

詳細には、本発明は、いわゆる全量濾過工程（ｄｅａｄ−ｅｎｄ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ）またはクロスフロー濾過工程（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｏｗ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｓｔｅｐ）で流体（以下では未濾過液（ｎｏｎ−ｆｉｌｔｒａｔｅ）とも呼ぶ）の１つまたは複数の成分を分離するための多孔質シート材料を備えるフィルターエレメントに関する。

デプスフィルター材料（ｄｅｐｔｈ ｆｉｌｔｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）の形をとるプリーツ型多孔質シート材料（ｐｌｅａｔｅｄ ｐｏｒｏｕｓ ｓｈｅｅｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を備えるフィルターエレメントは、全量濾過の技術分野で豊富にある。国際公開第００／４０３１９号パンフレットは、いわゆるスパイラルプリーツ型フィルターエレメントに適合する高密度のフィルター媒体を実現するために、いわゆる改良型のＷプリーツ構成の様々なタイプのプリーツ型フィルターシート媒体を備える全量濾過フィルターエレメントを開示している。フィルター媒体はデプスフィルターまたは膜タイプとすることができる。

複数の中空繊維を膜材料として備えるフィルターエレメントはクロスフロー濾過の技術分野で豊富にある。

クロスフロー濾過用の他の従来技術のフィルターエレメントは、シート形態の多孔質膜材料を使用している。典型的には、複数の膜シートが濾過カセット内に平らな構成で組み立てられる。

波形またはプリーツ型の多孔質膜シート材料を備えるクロスフロー濾過用のフィルターエレメントは、例えば国際公開第２００５／０９４９６３号パンフレットおよび国際公開第２００７／０３８５４２号パンフレットから知られている。

膜のファウリング（ｆａｕｌｉｎｇ）は、従来技術で種々の手法で取り組まれてきた重要な側面である。膜を横切り、未濾過液の流路に沿った圧力降下および膜の全領域にわたる均一な濾過条件は、考慮されるべきもう１つの重要な側面である。

本発明の目的は、妥当な費用で製造することができ、しかも本発明が過度の努力をせずに様々な濾過用途の課題への適応を可能にするという点で従来技術よりも有利となる、クロスフロー濾過または全量濾過に使用するフィルターエレメントを提供することにある。

本発明の一態様によれば、フィルターエレメントは、食品および飲料の生産の分野で使用するために設計される。

本発明の他の態様によれば、フィルターエレメントは、医薬用途およびバイオ技術用途での流体処理ならびに燃料および化学薬品の処理の分野で使用するために設計される。

本発明の目的は、請求項１に係るフィルターエレメントによって解決される。

本発明によるフィルターエレメントは、全量濾過用またはクロスフロー濾過用のフィルターエレメントとして設計することができる。

本明細書および特許請求の範囲で用いられる濾過液（ｆｉｌｔｒａｔｅ）という用語もまた、この用語について明確に言及されていないときでも、フィルターエレメントがクロスフロー濾過用に設計される場合に濾過液／透過液として理解される必要がある。

典型的には、プリーツ（ｐｌｅａｔｓ）の縦方向はフィルターエレメントの軸方向と平行である。

本発明のフィルターエレメントの未濾過液供給装置は、プリーツの全長に沿って各プリーツの第１の端部または第２の端部と流体連通するとともに、未濾過液流れをプリーツの中に縦方向に対して垂直な方向に供給して均一性を高める。

好適には、本発明のフィルターエレメントは、濾過条件の厳密な制御を可能にするとともに、数多くの用途の要件に容易に適合するように設計されてもよい本発明のフィルターエレメントは、未濾過液の流路の長さに沿って未濾過液の均一な流れへと制御された、シート材料を横切る特にかなりの一様な圧力降下とを示すように容易に設計されてもよい。

本発明のフィルターエレメントは、シングルパスクロスフロー濾過に非常に良く適している。多段シングルパス濾過では、フィルターエレメントは、後続段階では未濾過液として働く初期段階の保持液（ｒｅｔｅｎｔａｔｅ）の粘度の増加に適合することができる。

本発明のフィルターエレメントは、中空繊維膜フィルターエレメントと比べて、体積当たりのシート材料の表面積をほぼ同じにすることができる。しかしながら、好適には、本発明のフィルターエレメントは、圧力降下の著しい低下、より均一な流体流れ、ファウリング傾向の減少、および耐用年数の伸びを示す。

［発明の詳細な説明］
多くの場合、本発明のフィルターエレメントはクロスフローフィルターエレメントとして設計されるが、本発明によるフィルターエレメントは全量濾過装置として設計することもできる。

複数のプリーツを設けるために使用されるシート材料は、デプスフィルター材料または膜タイプのフィルター材料から選択されてもよい。クロスフロー濾過の場合、膜タイプのフィルター材料が好ましい。

以下のより詳細な説明では、クロスフローフィルターエレメントに焦点を当てるが、提供される詳細、利点および他のコメントは、かかるコメントが保持液流路などの設計のようにクロスフロー装置の特定の特徴に関連していない限り、デッドエンド装置にも適用する。

本発明に係るフィルターエレメントは、未濾過液用の流路が典型的従来のクロスフロー濾過装置に比べて比較的短いので、クロスフロー濾過に特に適している。

典型的には、プリーツは、プリーツの一端から他端までのプリーツ内の未濾過液の流路の長さ約５０ｍｍ以上に対応するプリーツの縦方向（またはフィルターエレメントの軸線）に対して垂直な方向に延びる。

この垂直方向の流路の長さの典型的な好ましい上限は、約５００ｍｍ、より好ましくは約３００ｍｍ、最も好ましくは約２００ｍｍである。

プリーツは、本発明の好ましい一態様に係るシート材料に波形をつけることによって設けることができる。

しかしながら、プリーツは、プリーツの壁部の第１の端部および／または第２の端部を形成するシート材料片をシート材料片の平行な縁部に沿ってつなぎ合わせることによって形成することもできる。

多孔質シート材料は可撓性材料から選択されることが好ましいが、少なくとも後述されるいくつかの実施形態には剛性材料を使用することもできる。

プリーツの縦方向に沿って延びる未濾過液供給装置は、プリーツの中への未濾過液供給の妨げられていない供給を行う比較的大きい断面の１つまたは複数のチャネルで設計されてもよい。

未濾過液供給装置は、未濾過液を個々のプリーツの中に供給する中心フィードチャネルを含んでもよい。代替実施形態では、フィルターエレメントの未濾過供給装置は、未濾過液を個々のプリーツの中に供給するために複数のフィードチャネルを含んでもよい。

両タイプの供給装置は、フィルターエレメントのフィード側からフィルターエレメントの反対側端部にかけて減少する断面積を有して設計されたフィードチャネルを有してもよく、フィルターエレメントの反対側端部は典型的に閉鎖される。

クロスフロー濾過向けに設計されたときのフィルターエレメントは、実質的にプリーツの全長に沿って延びる保持液受取装置をさらに備える。また、前記受取装置には、保持液をプリーツからプリーツの一端でプリーツの縦方向に対して略垂直な方向に受け取る、実質的にプリーツの全長に沿って開口部が設けられる。

保持液受取装置は、好ましくは、保持液受取装置の閉鎖端から前記保持液をフィルターエレメントから放出する端部にかけて増大する断面積を有する１つまたは複数のチャネルを含む。

特定の全量濾過用途では、追加の未濾過液装置を設けてもよく、追加の未濾過液装置の構造は、保持液受取装置と全く同じではないにしても、類似のものとしてもよい。その場合、フィルターエレメントのプリーツは、プリーツの第１の端部と第２の端部の両方で未濾過液を受け取ることになる。

典型的には、複数のプリーツは、互いに所定の、好ましくは一定の間隔を置いて、フィルターエレメントの中心軸線の周りに円周方向に配置され、場合により、プリーツの開放端はプリーツの閉鎖端より中心軸線の近くに位置する。開放端という用語は、プリーツの壁部の未濾過液面が離間されている部分を指すが、閉鎖端では壁部の未濾過液面は接触している。多くの実施形態では、プリーツの開放端はフィルターエレメントの内部に位置する。

いくつかの実施形態では、プリーツの開放端は外周に位置してもよく、その場合、プリーツの閉鎖端はフィルターエレメントの中心軸線に向けられる。

未濾過液は、フィルターエレメントのプリーツの開放端および／または閉鎖端の中に送り込まれてもよい。

好ましい一実施形態に係るフィルターエレメントは半径方向に略真っすぐな方向に延びるプリーツを備える。

別の好ましい実施形態によれば、フィルターエレメントのプリーツは半径方向に対して斜めに延び、より好ましくは、湾曲した断面形状またはアーチ形の断面形状を有し、習慣的にスパイラルプリーツと呼ばれる。湾曲したプリーツの中での流動特性は、プリーツのチャネル内の流体流れがシート材料の未濾過液面のファウリングを打ち消すいわゆるディーン渦（Ｄｅａｎ ｖｏｒｔｉｃｅｓ）を作り出すという点で、真っすぐな構成に比べて有利である。このことは、膜タイプのシート材料が使用されるときに特に重要である。

［構造エレメント］
本発明に係るフィルターエレメントは、多孔質シート材料の未濾過液側でプリーツの中に配置された構造エレメントを含むことが好ましい。構造エレメントは、流体流れをプリーツの第１の壁部および第２の壁部に沿ってプリーツの一端から他端まで誘導する。

構造エレメントは、上流側の実質的な部分またはシート材料の未濾過液面を遮蔽しないことが好ましい。したがって、構造エレメントは、シート材料および構造エレメントの接触面積を最小限に抑えるように設計されることが好ましい。

一般に、前記構造エレメントは、単一構造体とするかまたは２つ以上の別々の構成要素を備えることができる。

本発明の一態様によれば、構造エレメントは、プリーツの壁部相互間の空間を未濾過液流路と逆向きの未濾過流路または保持液流路とに分割するために使用することができる。その場合、未濾過液の流路の長さは約２倍の長さ、すなわち約１００ｍｍ以上になる。その場合、かかる長さの好ましい上限値は、約１０００ｍｍ、より好ましくは約６００ｍｍ、最も好ましくは約４００ｍｍである。

本発明の別の好ましい態様によれば、構造エレメントは、未濾過液の流れをプリーツの縦方向に対して略垂直な方向に導く。

構造エレメントは、プリーツの縦方向に対して垂直に向けられたプリーツの中に複数の並列チャネルを構成することが好ましい。これにより、プリーツ内の未濾過液流れの非常に良好な制御が可能になる。

構造エレメントは、プリーツの中を実質的にプリーツの第１の端部から第２の端部まで延び、それによってプリーツの一端から他端までの未濾過液の流れを制御し、導くことが好ましい。

延長された、例えば壁もしくはシート状の構造の構造エレメントは、構造エレメントの第１の表面を、例えばプリーツの開放端からプリーツの閉鎖端までたどる未濾過液用の流路を設けるために使用してもよく、プリーツの閉鎖端で流路は偏向されてもよく、次いで構造エレメントの裏面すなわち第２の表面を構造エレメントの開放端へ戻る方向にたどる。

延長された構造の構造エレメントには、プリーツの縦方向に対して垂直に走る複数の並列チャネルを構成する複数の並列突起部を設けてもよい。

構造エレメントは、本発明の別の態様によれば、実質的に、共通の縦部材から平行に延び、プリーツ内に未濾過液流れ用のチャネルを形成する複数のロッド、例えばスパイクまたはリブで構成してもよく、チャネルは、チャネルの両側で多孔質シート材料の第１および第２の壁部によって限定される。

構造エレメントは、単一構造体とするか、または１つのプリーツ内に収容された２つ以上の構成要素を備えてもよい。

本発明の別の態様によれば、構造エレメントは、未濾過液チャネルから追加のシート材料によって隔てられた濾過液または透過液収集空間を含んでもよい。一変形態様によれば、濾過液／透過液収集空間は、プリーツを形成するシート材料の２つの壁部の濾過液／透過液側と直接的に流体連通する。別の変形態様では、構造エレメントは、多孔質シート材料を支持し、濾過液／透過液収集空間を提供する流体透過性材料（ｆｌｕｉｄ ｐｅｒｖｉｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ）の別個の構成要素を備える。

濾過液／透過液収集空間は、実質的にプリーツの全長に沿って延びる構造エレメントの別個の構成要素内に濾過液／透過液放出チャネルを設けるために形成または寄与してもよい。

さらに、構造エレメントは、構造エレメントを追加の量のシート材料で裏打ちできるようにする構造の流体透過性材料から形成されてもよい。

未濾過液を一端から他端まで導くプリーツ内に設けられた並列チャネルは、チャネル内の流体圧が着実に減少することに対処するために、流路に沿って増大する断面積で形成されてもよい。

本発明の典型的な諸実施形態では、構造エレメントはシート材料とは別の部品である。

構造エレメントは支持体に取り付けられてもよい。構造エレメントおよび支持体は、例えば射出成形によって単一エレメントとして形成されてもよい。

代替実施形態として、支持体は中心管状エレメントを備えてもよく、構造エレメントは中心管状エレメントに別個のステップで取り付けられてもよい。

別の代替実施形態によれば、構造エレメントは、中間支持体なしに互いに直接装着可能とされてもよい。

別の代替実施形態によれば、構造エレメントは個々の部分として形成され、完成したフィルターエレメント内の定位置に、以下で論じるドレイネージエレメント（ｄｒａｉｎａｇｅ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）のようなフィルターエレメントの他の構成要素および／またはフィルターエレメントの外周にある包装部材と協働して保持される。

［流体流れ］
従来技術の教示とは対照的に、本発明は、個々のプリーツ内の流体流れをプリーツの縦方向（またはフィルターエレメントの軸線）に対して略垂直な方向に向ける。プリーツの前面および端面は、フィルターエレメントがフィルターシステム内で使用されているときに閉鎖される。典型的に、フィルターエレメントは、エンドキャップがフィルターエレメントの端面を密封することによってフィルターモジュールを形成するように補完される。

好ましくは、フィルターエレメントは、シート材料の未濾過液側でプリーツ内に配置された構造エレメントを備え、構造エレメントは、フィルターエレメントの縦方向と垂直方向の両方向にプリーツの壁と略同延で構成されることがより好ましい。

プリーツ内に配置された構造エレメントは、プリーツの一端からプリーツの他端まで延びる流路を画定することが好ましい。

前述したように、流路は、プリーツの一端からプリーツの他端までの長さが約５００ｍｍ以下、より好ましくは約３００ｍｍ以下、特に約２００ｍｍ以下であることが好ましい。いくつかの食品用途では、約５００ｍｍ以上の経路長が適用可能である。プリーツ内の未濾過液流れが逆向きにされる場合、前述した値の約２倍の値が適用される。

フィルターエレメントの一タイプによれば、プリーツ内の未濾過液の流路はプリーツの開放端から閉鎖端まで延び、閉鎖端で未濾過液の流れ方向がプリーツの開放端への方向に逆向きにされ、開放端で未濾過液は場合により保持液としてプリーツから出て行く。次いで、前記構造エレメントは壁またはシート状タイプであり、未濾過液の流れを各プリーツの中で相対する二方向に分離する。

本発明の別のタイプのフィルターエレメントによれば、未濾過液はプリーツの開放端に供給され、保持液はプリーツの閉鎖端で収集される。

本発明の別のタイプのフィルターエレメントによれば、未濾過液はプリーツの閉鎖端に供給され、保持液はプリーツの開放端から収集される。

前述したように、保持液受取装置を備える、クロスフロー濾過向けに設計されたフィルターエレメントは、最終的にいくつかの小さな変更で、全量濾過用途で容易に使用されうる。保持液受取装置の構成要素は追加の未濾過液供給装置として働くことができる。未濾過液は、この場合はプリーツの両端で別々に受け取られ、相対する方向（プリーツの縦方向に対して依然として垂直な方向）に流れ、プリーツ内で、例えばプリーツの半分の長さのところで合わさる。

［プリーツの幾何形状］
プリーツの壁部は、本発明の第１の態様によればほぼ平行に配置される。この構成は、プリーツの閉鎖端を形成するシート材料のアーチ形部分が比較的小さい半径を有する必要がある。未濾過液が微粒子物質を含む場合、著しい摩耗作用が観察されることがある。したがって、典型的に、プリーツの閉鎖端でのシート材料は、特に未濾過液の流れがプリーツの閉鎖端で流れの方向を逆向きにされる場合に保護または遮蔽される。

本発明の別の態様に係るフィルターエレメントでは、プリーツの壁は、プリーツの開放端に比べてプリーツの閉鎖端で互いにより大きい距離を隔てる。したがって、プリーツの閉鎖端を形成するシート材料のアーチ形部分は比較的大きい半径を有することができる。

［多孔質シート材料］
本発明によるフィルターエレメントに使用される多孔質シート材料は、膜シート材料またはデプスフィルターシート材料から選択されてもよい。

適切なデプスフィルター材料は、約０．１μｍ〜約１００μｍ、より好ましくは約０．１μｍ〜約１０μｍの孔を有する。

典型的に、多孔質膜シート材料は、精密濾過、限外濾過およびナノ濾過に適した膜から選択される。膜は、好ましくはポリマー系膜であり、ポリマーは、好適には、ポリオレフィン、例えばポリエチレン（ＰＥ）およびポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ＰＳ）、およびポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）から選択される。

他の好ましい膜は、無機材料、例えば金属をベースとする材料から作られてもよい。

精密濾過膜の典型的な例は、約０．１μｍ〜約１０μｍの孔径を有する。

限外濾過膜は、好ましくは０．００５μｍ〜０．１μｍの孔径を有する。典型的に、限外濾過膜は、約０．５ｋダルトン〜約１５０ｋダルトンの分子量を有する分子の分離に使用される。

ナノ濾過用の典型的な膜は、約０．００１μｍ〜約０．０１μｍの孔径を有する。

［ドレイネージエレメント］
本発明に係るフィルターエレメントは、シート材料の濾過液または透過液側に配置されたドレイネージエレメントを備えることが好ましい。ドレイネージエレメントは流体透過性構造であり、好ましくは、ドレイネージエレメントの濾過液／透過液面上に多孔質シート材料を支持する。

好適には、ドレイネージエレメントは、供給装置から未濾過液を受け取るプリーツのかかる端部で濾過液／透過液により高い流体流動抵抗を与え、プリーツの流路の他端で濾過液／透過液に対するより低い流体流動抵抗を与えるように設計される。

ドレイネージエレメントは隣り合うプリーツの間に置かれ、フィルターエレメントの全体的な構成を安定化する。

［フィルターシステム］
本発明によるフィルターエレメントは、フィルターシステムのハウジング内に個々にまたはグループ単位で収容することができ、ハウジングは、未濾過液供給装置と流体連通する未濾過液用の入口と、多孔質膜シート材料の濾過液／透過液側と流体連通する濾過液または透過液出口と、場合により保持液受取装置と流体連通する保持液出口と、を備える。

未濾過液入口はハウジングの一端に設けられ、保持液出口はフィルターモジュールのうちのいくつかのハウジングの他端に設けられる。

別のタイプのフィルターシステムによれば、未濾過液入口および保持液出口はハウジングの同じ端部に設けられる。

本発明によるフィルターエレメントの第１の実施形態を有するフィルターモジュールを備えるフィルターシステムの図である。 図１Ａのフィルターシステムのフィルターモジュールの図である。 図１Ａのフィルターエレメントの斜視図である。 図２のフィルターエレメントの支持体の図である。 図２のフィルターモジュールのフィルターエレメントの線ＩＶＡ−ＩＶＡに沿った部分断面図である。 図４Ａに示されている線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿ったフィルターエレメントの一部の断面図である。 図４Ａに示されている線ＩＶＣ−ＩＶＣに沿ったフィルターエレメントの一部の断面図である。 図４Ａに示されている線ＩＶＢ−ＩＶＢおよび線ＩＶＣ−ＩＶＣに沿ったフィルターエレメントの変形形態の一部の断面図である。 本発明によるフィルターエレメントの第２の実施形態の細部の断面図である。 種々のタイプのフィルターエレメントの圧力降下対クロスフロー速度を比較したグラフである。 本発明によるフィルターエレメントの第３の実施形態の細部の断面図である。 本発明のフィルターエレメントの第３の実施形態のための支持体の図である。 第３の実施形態によるフィルターエレメントを有するモジュールを備えるフィルターシステムの部分断面図である。 本発明の変更された第３の実施形態のフィルターエレメント用の支持体の一部の図である。 図１０の支持体と類似の支持体を備える本発明の変更された第３の実施形態のフィルターエレメントの一部の斜視図である。 図１１のフィルターエレメントを備えるフィルターシステムの図である。 第１の実施形態と類似のフィルターエレメントを備えるフィルターシステムの図である。 本発明による第４の実施形態のフィルターエレメントを有するフィルターシステムの部分断面図である。 本発明のフィルターエレメントの第４の実施形態の変形形態を備えるフィルターシステムの部分断面図である。 第４の実施形態と類似のフィルターエレメントを備えるフィルターシステムの図である。 本発明の第５の実施形態によるフィルターエレメントを備えるフィルターシステムの断面図である。 図１７のフィルターシステムの縦方向に沿った部分断面図である。 本発明のフィルターエレメントの第６の実施形態を備えるフィルターシステムの部分断面図である。 本発明のフィルターエレメントの第７の実施形態を備えるフィルターシステムの部分断面図である。 本発明のフィルターエレメントの第８の実施形態を備えるフィルターシステムの部分断面図である。 図２１Ａのフィルターエレメントに使用されるべき構造インサートの図である。 本発明のフィルターエレメントの第９の実施形態を備えるフィルターシステムの部分断面図である。 図２２Ａのフィルターエレメントに使用されるべき構造インサートの図である。 多段シングルパス濾過システムの図である。

本発明は多様なフィルターエレメントで実施化されうる。クロスフロー濾過向けに設計された、いくつかの典型的な実施形態について、以下で図面を参照して説明する。当業者には、これらの実施形態は全量濾過用途に使用するためにどのようにして変更されうるのかが容易に分かる。

以下に記述されている諸実施形態は、典型的にシート材料として多孔質膜を含むが、本発明の主旨から逸脱することなく、適合を最小限に抑えて、シート材料がデプスフィルターシート材料の形をとることができることが容易に理解される。

図１Ａに、本発明の第１の実施形態によるフィルターエレメント１２を円筒ハウジング１４内に収容したフィルターシステム１０の図を示す。

フィルターエレメント１２は、図２〜図４に関連して下記でより詳細に説明される。

ハウジング１４は２つの端部１６、１８および円筒壁部２０を備える。端部１６、１８は、円筒壁部２０に円筒壁部２０の軸方向両端に液密態様で取り付けられる。端部１６および１８はそれぞれ、ハウジング１４の軸方向両端に未濾過液入口２２および保持液出口２４を備える。さらに、端部１６および１８はそれぞれ、端部１６および１８の周壁部に濾過液／透過液出口開口部２６および２７を備える。

フィルターエレメント１２には通常、フィルターエレメント１２の両端面上にエンドキャップ２８、２９が設けられるのに対して、フィルターエレメント１２の周面は流体透過性包装部材３１によって覆われる。

エンドキャップが設けられ、場合により包装部材が設けられるフィルターエレメントは、本発明の特定の実施形態の以下の記述でフィルターモジュールとも呼ばれる。

フィルターエレメント１２は、一端にエンドキャップ２８を介してハウジング１４の未濾過液入口に連結され、軸方向の他端にエンドキャップ２９を介して保持液出口２４に連結される。

図１Ｂに、フィルターエレメント１２がハウジング１４内に挿入される前の、エンドキャップ２８、２９および包装部材３１が設けられたフィルターエレメント１２を示す。流体透過性包装部材またはケージ３１は、以下で説明するように、フィルターエレメント１２の個々の部分を互いに保持し、所定の構成で固定する。

図２に、フィルターエレメント１２の斜視図を示す。フィルターエレメント１２は中心管状エレメント３２を有する支持体３０を備え、中心管状エレメント３２からは互いに等間隔に配置された複数の構造エレメント３４が半径方向に延びる。管状エレメント３２の前端３６の中心部は、フィルターエレメント１２から保持液を放出する働きをするとともに、エンドキャップ２９を介してハウジング１４の保持液出口２４に連結可能である。他端で管状エレメント３２はドーム形壁３３によって閉鎖される（図１参照）。支持体３０のさらなる細部が図３に示されている。エンドキャップ２８は、チャネル３９が設けられている輪状領域を除いて反対側面を閉鎖するように設計され、チャネル３９は未濾過液をフィルターエレメント１２の個々のプリーツ４２の中に送り込む働きをする。

フィルターエレメントがフィルターモジュールに完成されると、エンドキャップ２９は、中心管状エレメント３２の断面領域を除いて、フィルターエレメント１２のこの前端３６を液密態様で閉鎖する。

フィルターエレメント１２は複数のプリーツ４２に形成されたシート材料４０を備え、各プリーツ４２はプリーツ４２と同延で設計された１つの壁状構造エレメント３４を収容する。各プリーツ内の空間は、プリーツの閉鎖端で互いに流体連通する２つの部分に分割される。シート材料４０のプリーツ４２（すなわち、プリーツ４２の壁部）は、シート材料の未濾過液面で構造エレメント３４の両面と接触している。以下で濾過液／透過液側または濾過液側とも呼ばれる、シート材料４０の反対側で、シート材料は、フィルターエレメント１２の外周面から隣接する２つのプリーツ４２の間のギャップ中に半径方向に延びるドレイネージエレメント４４によって支持される。

プリーツ４２のシート材料４０をシート材料４０の透過液側または濾過液側で十分に支持するために、ドレイネージエレメント４４は略くさび形の断面を有する。ドレイネージエレメント４４は、格子状構造の２つの壁部４６、４７を有する中空部材として設計され、２つの壁部４６、４７の間には三角形の断面を有するチャネル４８が形成される。ドレイネージエレメント４４、特にドレイネージエレメント４４の壁部４６、４７は、シート材料４０を横切る圧力降下に依存しないシート材料４０の濾過液／透過液側でのシート材料４０の支持を確実にするために、剛性材料で作られる。

チャネル４８は、壁部４６、４７の中の多数の開口部を通じてシート材料の濾過液／透過液側と流体連通する。フィルターエレメント１２の外周では、ドレイネージエレメント４４の２つの壁部４６、４７の間のギャップは、チャネル４８からフィルターエレメント１２の外周への濾過液／透過液の放出を可能にする格子状構造エレメント５０によって好適に架橋される。格子状構造エレメント５０は、２つの壁部４６、４７と共に単一部材として形成することができる。

ドレイネージエレメント４４、例えば格子状エレメント５０または壁部４６、４７の外周部分は、図２の本発明のフィルターエレメント１２の実施形態の場合のように、ドレイネージエレメント４４の長手方向側面５２、５３が互いに当接するように設計することができる。この手段は、特にケージ部材３１がフィルターエレメント１２のすべてのエレメントを互いに保持するために適用されたときに、フィルターエレメント１２に、圧力変動に耐えるフィルターエレメント１２の構造エレメント３４のしっかり固着された配置を提供する。

図３の斜視図は、中心部の周りの端面３６を有するフィルターエレメント１２の支持体３０を示し、端面３６の複数のチャネル３９は、未濾過液をハウジング１４の未濾過液入口からエンドキャップ２８を通って受ける。支持体３０は、射出成形によって単一エレメントとして得てもよい。支持体を製造するための適切な材料としては、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリスルホン（ＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、およびポリオキシメチレン（ＰＯＭ）が含まれるが、これらに限定されるものではない。同種のポリマー材料は、ドレイネージエレメント４４、ケージ３１、およびエンドキャップ２８、２９を製造するのに適している。

構造エレメント３４は、構造エレメント３４の表面上に、好ましくは、中心管状支持エレメント３２に隣接する構造エレメント３４の一端から構造エレメント３４の外周端まで支持体３０の軸方向に対して垂直な方向に走る複数の並列縦突起部５４を有する。構造エレメント３４は、プリーツ内の空間を二等分に分割し、さらに、突起部５４によって分離された複数の並列流路またはチャネルに分割する。突起部５４は、シート材料４０との接触面積を最小限に抑え、したがって遮蔽効果を最小限に低減するために、突起部５４の自由端を丸くされる。

隣接する２つの縦突起部５４の間には、流路またはチャネル６０、６２が構造エレメント３４の両表面上に形成されていて、プリーツ４２を形成するシート材料４０の壁部の表面および構造エレメント３４の表面に沿って半径方向に向けられた流体流れをもたらす。縦突起部５４の少なくとも一部は構造エレメント３４の外端を越えて延び、それによってシート材料、例えば膜のプリーツをプリーツの閉鎖端でフィルターエレメント１２の外周で支持し、流体の流れが、構造エレメント３４の前記外周端およびプリーツ４２の閉鎖端でそれぞれ偏向され、中心管状エレメント３２に隣接する構造エレメント３４の一端とプリーツ４２の開放端とへ向け直されることを可能にする。

管状エレメント３２は複数の開口部５６を備え、複数の開口部５６は、管状エレメント３２の内部５８から構造エレメント３４の一方の側まで延び、チャネル６２から支持体３０の管状支持エレメント３２内の中心チャネル（内部５８）までの、保持液としての未濾過液用の放出開口部となる。

したがって、図４Ａに詳細に示されるように、クロスフロー濾過用の典型的なフィルターエレメントでは、構造エレメント３４の片側にあるチャネル６０は、管状支持エレメント３２の外周面上をフィルターエレメント１２の軸方向に走るチャネル３９から未濾過液を受け取り、次いで流体は、流体の流れを、フィルターエレメント１２のプリーツおよび構造エレメント３４の外周（閉鎖）端に対して半径方向外方に向けられ、外周（閉鎖）端で流体流れは偏向され、構造エレメント３４のチャネル６２の中へかつ中心管状支持エレメント３２へ向け直される。未濾過液は、中心管状支持エレメント３２に隣接するチャネル６２の端部のところでチャネル６２から開口部５６を通って管状支持エレメント３２の内部５８の中へ保持液として出て行く。

図４Ｂおよび図４Ｃに、構造エレメント３４、シート材料（例えば膜）４０、およびドレイネージエレメント４４の壁部４６、４７の２つの断面を示す。図４Ｂの断面は、構造エレメント３４の外周端を線ＩＶＢ−ＩＶＢに沿って描いたものであり、図４Ｃの断面は、構造エレメント３４の内端における構造エレメント３４の幾何形状、すなわち、支持部材３０の中心管状エレメント３８に隣接する構造エレメント３４の幾何形状を線ＩＶＣ−ＩＶＣに沿って示したものである。

図４Ｂおよび図４Ｃの２つの断面を比較して分かるように、チャネル６０および６２の断面積は、未濾過液の流路の長さとともに変化している。未濾過液がシート材料４０のプリーツに入るところで、すなわち分配チャネル３９に隣接するチャネル６０の内端で、チャネル６０の断面積は最小である。

チャネル６０に沿ってチャネル６０の外周端への方向に進むと、流体の圧力はわずかに低下する。流体圧を略一定に保つために、チャネル６０の断面が増大している。流路の断面積はフィルターエレメント１２の外周で中間サイズまで増大しており、フィルターエレメント１２の外周で流体の流れは逆向きにされチャネル６２の中に向けられる。チャネル６２の断面は、未濾過液の流体圧の流路のこの断面でも減少するので、チャネル６２の外周端から内端にかけて増大している。

チャネル６０、６２の断面積を変更することにより、プリーツ４２内の全流路に沿って略一様な圧力条件を得ることができる。これは、プリーツ４２内の未濾過液の流路全体に沿って実質的に一様な濾過／透過作用を得るための基礎である。

プリーツ４２内の流路に沿った濾過／透過の一様性をさらに改善するために、ドレイネージエレメント４４は、流路に沿って濾過液／透過液に対する変更された流動抵抗を呈する。図４Ｃは、ドレイネージエレメント４４の壁４６の開口部６４が比較的大きい直径を有しているが、壁４７の開口部６６はより小さい直径を有していることを概略的に示す。ドレイネージエレメント４４の壁４６、４７の中に設けられた開口部６８、７０はほぼ同じ直径を有する、というのは、未濾過液の流路に沿った開口部６８、７０の位置がほぼ同じであり、すなわち未濾過液の流体流れが逆向きにされる場所に近接しているからである（図４Ｂ）。

チャネル６０、６２の断面ならびに開口部６４、６６、６８および７０のサイズは原寸に比例して描かれていないので、図４Ｂ〜図４Ｄの図示は概略的なものに過ぎないと理解されるべきである。

ドレイネージエレメント４４の濾過液／透過液に対する流動抵抗を調整することにより、シート材料４０を横切る圧力降下は、未濾過液のすべての流路に沿ってほぼ同じレベルに保つことができる。これによりさらに濾過／透過特性が向上する。

図４Ｄは別の構造エレメント８０を示す。流路に沿った図４Ｄの断面の位置は、図４Ｂに示されている断面の位置に対応する。構造エレメント８０の両側には、チャネル８２、８４が縦突起部８６によって設けられる。突起部８６の自由端は、シート材料表面の遮蔽を最小限に抑えるために丸みをつけられる。チャネル８２、８４の断面の形は、矩形形状の代わりにＵ字形状が与えられるという点でチャネル６０、６２の断面とは異なる。チャネル８２、８４のこの変更された断面形状は、フィルターエレメント１２の濾過／透過性能をさらに向上させることができる。

図５に、本発明の第２の実施形態に係るフィルターエレメント１００の部分断面図を示す。図１〜図４を参照して上述した第１の実施形態とは対照的に、フィルターエレメント１００は構造エレメント１０４を有する支持体１０２を備える。構造エレメント１０４の断面はくさび形であり、構造エレメント１０４の外周端１０５への方向に拡大している。構造エレメントの表面には、上述した構造エレメント３４の突起部５４に対応する並列突起部（図示せず）が設けられることが好ましい。このくさび形断面は、流れ方向が反転する点で、急カーブと、未濾過液が微粒子物質を含んでいるときの過大な摩擦力の生成とを回避する未濾過液用の流路を提供する。未濾過液は、保持液としてプリーツからチャネル１１４を通って出て行き、保持液受取装置の一部を形成しているフィルターエレメントの中心空間１１６に入る。

加えて、くさび形構造エレメント１０４は、隣接する２つのプリーツのシート材料の区間１０６、１０８が小角度をなしてまたは略平行に配置されるように設計されてもよい。シート材料の濾過液／透過液側に設けられるドレイネージエレメントは、プリーツを形成する前にシート材料上に設けられうる柔軟な透過性フィルム１１０として設計されてもよい。ドレイネージエレメント１１０はこの場合、隣接する２つのプリーツの間のギャップをふさぐ。隣接する２つのプリーツの間の単一フィルム層は、厳密な圧力降下の制御を犠牲にして十分となりうる。

それにもかかわらず、ドレイネージエレメント１１０には、略一様である未濾過液の流路に沿ってシート材料を横切る圧力差を維持するように、サイズの異なる濾過液／透過液を受け取るための開口部を設けてもよい。

外周には、構造エレメント１０４の端部１０５に隣接して、追加のくさび形ドレイネージ部分１１２が、シート材料をこれらの領域内に支持するためにも挿入されてもよい。ドレイネージエレメント１１０およびくさび形ドレイネージ部分１１２は、図５に示されるように単一構造体として設計されてもよい。

図６に、２つの従来技術のフィルターエレメントならびに本発明の第１および第２の実施形態に係るフィルターエレメントに対する圧力降下［ｂａｒ］対流速［ｍ／ｓ］の比較データのグラフを示す。

ひし形シンボル◇は、第１のタイプの内径１．５ｍｍの中空膜繊維のフィルターエレメントを表す。四角形シンボル□は、繊維の内径が１．５ｍｍの第２の中空繊維膜フィルターエレメントのデータを表す。

丸形シンボル○は、チャネルが１．５ｍｍの一様な深さａ_１を有し、流体流れの反転点で幅ｄが３ｍｍであるときの、図４Ａによる本発明のフィルターエレメントの第１の実施形態のフィルターエレメントのデータを表す。

プラスシンボル＋は、チャネルの深さａ_２が一様に１．５ｍｍである、図５の第２の実施形態によるフィルターエレメントのデータを表す。

試験され、図６に示されている本発明のフィルターエレメントは、約０．４５μｍの孔を有するポリエーテルスルホン膜を含んでいた。

本発明のフィルターエレメントは著しく低い圧力降下をもたらすだけでなく、フィルターエレメントさらに、例えばチャネルの断面に関して、フィルターエレメント内の流路に沿って未濾過液の変化する粘性に容易に適合することができる。

図７に、本発明の第３の実施形態に係るフィルターエレメント１５０の部分断面図を示す。図２〜図４を参照して上述した第１の実施形態とは対照的に、フィルターエレメント１５０は支持構造１５４を有する支持体１５２を備え、支持エレメント１５４は、フィルターエレメント１５０の中心管状支持部１５３から半径方向に略真っすぐには延びておらず、半径方向に対して斜めに配置され、加えて湾曲した形状を有する。本発明のフィルターエレメント１５０の第３の実施形態によれば、所与の直径のフィルターエレメント内に収容されうるシート材料１５６の表面積はかなり増大することができる。

所与の直径の第１の実施形態のフィルターエレメント用のシート材料の表面積が１００％に設定されると、第３の実施形態の表面積は約１３５％になる。

湾曲した構造エレメント１５４の構造は、第２の実施形態と同様に、ドレイネージエレメント１５８が剛性である必要はなく、軟質フィルムから選択されうるように設計されてもよい。この場合も、未濾過液の流路に沿った圧力制御がそれほど重要でなければ、１つの排水材料層で十分となりうる。

プリーツの端部１６０で、シート材料１５６は、シート材料１５６の未濾過液面が流体偏向エレメント１６２によって保護される。このことは、未濾過液が、未濾過液の流速が特に高速である端部のところでシート材料の摩耗を容易に引き起こしうる未粒子物質を含んでいるときに、特に重要である。

この種の流体偏向エレメントは、図１〜図４のフィルターエレメントにも推奨できるが、図５の第２の実施形態では、端部での流体流れの半径がかなり大きいため、摩耗の危険性は実質的に低下する。

図８に、本発明の第３の実施形態に係る本発明のフィルターエレメント１５０用の支持体１８０の斜視図を示す。

図１〜図４を参照して上述した第１の実施形態とは対照的に、図８の第３の実施形態の支持体１８０は単一構造体としては製造されず、別個の中心管状エレメント１８２と複数の別個の構造エレメント１８４とで構成される。

図７の第３の実施形態の支持体は、第１の実施形態のような単一構造体として、あるいは第２の実施形態と類似の、または以下で図１０〜図１２に関連して説明される第３の実施形態による中心管状エレメントおよび複数の別個の構造エレメントで製造されてもよい。

支持体１８０の容易な組立てを可能にするために、中心管状エレメント１８２は複数の縦スロット１８６を備え、各スロットは、構造エレメント１８４の最内端部１８８を、好ましくはぴったり合う形で収容する。縦スロット１８６は、中心管状エレメント１８２の一端１９０で開放しており、他端１９２に隣接して閉鎖されている。

中心管状エレメント１８２は、端部１９０を閉鎖するとともに、この端部１９０のところで管状エレメント１８２のスロット付き構造を安定化する壁部１９４を備える。壁部１９４は、同時に、矢印で概略的に示されるように、流入する未濾過液を、管状エレメント１８２に隣接するフィルターエレメントの縦方向にかつ隣接する２つの構造エレメント１８４の間に設けられた複数のチャネル１９６の中へ分配する働きをする。

支持体１８０は、フィルターエレメントを完成するために、図７に関連して説明したようにシート材料およびドレイネージ層を収容してもよい。

図８の概念に従って設けられた本発明のフィルターエレメント２０２を備えるフィルターモジュール２００が、図９に部分断面で示されている。フィルターモジュール２００は、フィルターエレメント２０２を収容するハウジング２０４を備える。

未濾過液が、未濾過液分配チャネル１９６から個々のプリーツの未濾過液チャネル１９８、１９９の中に送り込まれる。構造エレメント１８４の外周端で、未濾過液の流体流れが逆向きにされ、未濾過液は、チャネル１９９内を流れて管状エレメント１８２への方向に戻る。そこで、未濾過液は、保持液出口チャネルを形成している管状エレメント１８２の内部の空間２１０につながるポート２０８に連結された放出開口部２０６によって受け取られる。

未濾過液流れが偏向されるチャネル１９８の最外端部で、シート材料は、未濾過液中に含まれる微粒子物質によるシート材料２１３の摩耗を大幅に低減する流体偏向エレメント２１２によって未濾過液との直接的接触から保護されることが好ましくい。

ハウジング２０４内で、フィルターエレメント２０２は、濾過液／透過液出口（図示せず）から放出するために、個々のプリーツおよびドレイネージ層２１５から濾過液／透過液を収集する透過液または濾過液空間２１４によって取り囲まれる。

フィルターエレメント２０２の外周面に、フィルターエレメント２０２は、シート材料２１３、ドレイネージ層２１５および構造エレメント１８４を予め定義された向きに互いに保持するケージ型締付けエレメント２１８を備える。

図１０に、複数の構造エレメント２２２で作られたフィルターエレメント２０２用の別の支持体２２０の第１の変形形態を示し、構造エレメント２２２は、構造エレメント２２２の最内端にフォームフィット部分２２４を有して設計されている。構造エレメント２２２のフォームフィット部分２２４を有する構造エレメント２２２が完全な支持体２２０を形成するように組み立てられると、フォームフィット部分２２４は全体で、図８および図９のフィルターエレメント２０２の管状エレメント１８２に機能で対応する管状中心構造を形成する。フォームフィット部分２２４に隣接する構造エレメント２２２の壁部相互間には、未濾過液をプリーツの中に分配するためのチャネル２２６が形成される。さらに、これらの壁部は、保持液受取装置の一部として働く、支持体２２０の中心構造の内部空間２３０にある放出開口部２３２につながる小さいダクト２２８を含む。図１０に示されている第１の変形形態では、支持体２２０の軸方向に沿ったチャネル２２６の断面積は一定のままである。また、支持体の軸方向に沿った内部空間２３０の断面積も一定のままである。このような変形形態は、フィルターエレメントが、図１３の場合のようにフィルターエレメントの同じ端部に構成された未濾過液入口および保持液出口を有するハウジング内に収容されることになるときに好ましい。

図１１および図１２に、フィルターエレメント２４０を部分組立図／カットオフ図で示す。支持体２２０の第２の変形形態を備えるフィルターエレメント２４０は、完全なフィルターモジュール２４４を形成するためにハウジング２４２内に収容される。

隣接する２つの構造エレメント２２２の間に、未濾過液分配チャネル２２６が構造エレメント２２２のフォームフィット部分２２４に隣接して形成される。未濾過液分配チャネル２２６を形成する壁部は複数の半径方向に延びるダクト２２８を備え、ダクト２２８は、中心構造の内部空間２３０と、未濾過液をプリーツ内の流路の端部から保持液として保持液放出チャネルを形成する空間２３０の中に吐き出す放出開口部２３２とを流体接続する。

構造エレメント２２２には両側に縦突起部２３４が設けられ、縦突起部２３４は、未濾過液の流体流れを中心構造の分配チャネル２２６からプリーツ２５４の中へ、プリーツ２５４の外周端へ、そして中心構造に戻るように誘導するチャネル２３６、２３８を形成しており、中心構造では未濾過液の残りがダクトを通って中心空間２３０の中へ放出される保持液として放出開口部によって受け取られる。

構造エレメント２２２は剛性材料で作られてもよい。流体流れをシート材料２５６に沿ってプリーツ内で誘導するチャネル２３６、２３８は、図４Ｂおよび図４Ｃに関連して説明したように、断面積の増大を伴って形成されてもよい。シート材料２５６の濾過液／透過液側には支持ドレイネージ層２５８が設けられる。

未濾過液分配チャネル２２６の断面積は、フィルターエレメントの支持体２２０の第２の変形形態の長さに沿って減少する。中心保持液チャネル２３０の断面積は、複数の放出ダクト２２８からフィルターエレメントの長さに沿って受け取られる保持液の体積の増大に対応するように、支持体２２０の第２の変形形態の軸方向に沿って増大する。しかしながら、プリーツ２５４内の流路の長さは、フィルターエレメントの軸方向長さにわたって一定のままであり、例えば約３００ｍｍとすることができる。

図１２は、フィルターモジュール２４４をフィルターシステムの一部として部分断面図で示す。ハウジング２４２は、ハウジング２４２の軸方向両端にそれぞれ未濾過液入口２４８および保持液出口２５０を備える。フィルターモジュール２４４はフィルターエレメント２４０を備え、フィルターエレメント２４０の両端面には、フィルターエレメント２４０を未濾過液入口２４８および保持液出口２５０にそれぞれ密封連結するエンドキャップ２５６、２５８を備える。

保持液受取チャネル２３０の直径が増大しており、中心管状構造内の未濾過液分配チャネル２２６の断面積が減少していることは、図１１と図１２の両方から明らかである。さらに、ハウジングは、両端に２つの濾過液／透過液出口２５２、２５３を備える。

図１３に、第１の実施形態に類似のフィルターエレメント２７２とハウジング２７４とを備えるフィルターモジュールを有するフィルターシステム２７０を示す。

ハウジング２７４は、実質的にフィルターエレメント２７２の全長に沿って延びる円筒壁２７６で構成される。フィルターシステム２７０の一端で、ハウジング２７４は、円筒壁２７６の一端に液密態様で連結された円板２７８によって閉鎖される。

円筒壁２７６の軸方向他端で、ハウジング２７４は、未濾過液供給入口管２８２と保持液収集および出口管２８４とを備えるアダプタエレメント２８０によって閉鎖される。未濾過液入口管２８２は未濾過液を環状空間２８６中に送り込み、未濾過液は環状空間２８６からフィルターエレメント２７２の未濾過液分配チャネル２８８内に入る。

保持液放出管２８４は、ハウジング２７４の中心位置で終わり、そこで、フィルターエレメント２７２の個々のプリーツから保持液を受け取る保持液収集チャネル２９０に連結される。

フィルターエレメント２７２のシート材料に浸透した濾過液／透過液は、フィルターエレメント２７２の外周とハウジング２７４の円筒壁２７６の内面との間の環状空間２９２の中に収集される。

円筒壁２７６には、円筒壁２７６の両端に隣接して配置された２つの濾過液／透過液出口ポート２９４、２９５が設けられる。

ハウジング２７４内にフィルターエレメント２７２を収容することを容易にするために、フィルターエレメント２７２には２つのエンドキャップ２９６、２９８が設けられる。エンドキャップ２９６は、フィルターエレメント２７２をフィルターエレメント２７２の一方の面で完全に閉鎖する円板である。フィルターエレメント２７２の他方の端面で、エンドキャップ２９８は、個々のプリーツ３００の輪状領域内にフィルターエレメント２７２を閉鎖するとともに、円形空間２８６から未濾過液を受け取る開口部３０２を備える。開口部３０２は、未濾過液分配チャネル２８８と直接的に流体連通する。エンドキャップ２９８の中心部は、保持液放出管２８４の端部を液密に収容し、保持液収集チャネル２９０と直接的に流体連通する働きをする。

フィルターエレメント２７２の全体構造は、前述したように図１〜図４に関連して説明したフィルターエレメントに対応することができ、あるいは図７〜図１２に関連して説明したように別のタイプのものとすることができる。

ハウジング２７４の同じ端部に未濾過液入口および保持液出口を有する図１３のフィルターシステム２７０は、分配チャネルの断面積を減少させ保持液チャネルの断面積を増大させるという上述した特徴には適していない。しかしながら、プリーツ内で未濾過液流れを誘導するチャネルの断面積は依然として、好適には、図４Ｂおよび図４Ｃに関連して説明したように増大する断面積を有することができる。

図１４に、本発明のフィルターエレメントの第４の実施形態を組み込んだフィルターシステムの部分断面図を示す。フィルターエレメント３２０は、中心円筒支持エレメント３２４を有する支持体３２２と中心管状支持エレメント３２４から半径方向に延びる複数の構造エレメント３２６とを備える。

プリーツ型シート材料３３０が構造エレメント３２６と接触しており、さらに、ドレイネージエレメント３３２によって隣り合う構造エレメント３２６の間の定位置に保持される。

構造エレメント３２６は、断面が顕著なくさび形の構成になっているが、ドレイネージエレメント３３２は、隣接する２つの構造エレメント３２６の間にシート材料３３０を支持する２つのほぼ平行な反対面を有する。実際、典型的にはシート材料３３０とドレイネージエレメント３３２との間にギャップがない。

上述したフィルターエレメントとは対照的に、図１４のフィルターエレメント３２０は構造エレメント３２６を備えており、構造エレメント３２６は、構造エレメント３２６の外周端３３４に、構造エレメント３２６の全長に沿って、したがってプリーツの全長に沿って延びるチャネル３２６を含む。チャネル３３６は、構造エレメント３２６のそれぞれの両表面上に設けられた流路３４０、３４２との流体連通をもたらす複数の開口部３３８、３３９を有する。

チャネル３４０および３４２は、本発明のフィルターエレメントの先の実施形態に関連して説明してきたように、構造エレメント３２６の表面上の縦突起部によって設けてもよい。

未濾過液は支持体３２２の中心管状支持エレメント３２４の中に送り込まれ、開口部３４４を通って中心エレメント３２４から出て行き、未濾過液は開口部３４４からシート材料３３０のプリーツに入る。上述した実施形態とは対照的に、構造エレメント３２６の両表面に沿った未濾過液の流れは、中心管状支持エレメント３２４から構造エレメント３２６の両面上の外周端３３４まで半径方向外向きに同方向に流れる。構造エレメント３２６の外端で、未濾過液は、保持液としてチャネル３４０および３４２から開口部３３８、３３９を通ってチャネル３３６の中に受け取られる、すなわち、未濾過液流れの方向は逆向きにされない。

中心管状支持エレメント３２４から保持液受取チャネル３３６まで進むと、未濾過液の圧力は低下し、したがって、流路３４０、３４２の断面積は、より低い流体流動抵抗を与えることによって圧力降下に少なくとも部分的に対処するために、半径方向最内部から開口部３３８、３３９で終端するチャネルの端部に至るまで着実に増加することができる。

一方、ドレイネージエレメント３３２は、チャネル３４０、３４２内の未濾過液流路全体に沿ってシート材料３３０を横切る略一定の圧力差を保つように、内部管状支持エレメント３２４に隣接する部分で濾過液／透過液に対するより高い流体流動抵抗を与え、ドレイネージエレメント３３２の最外端で濾過液／透過液に対するより低い流体流動抵抗を与える。

ドレイネージエレメント３３２の最外部から、濾過液／透過液は濾過液／透過液収集チャネル３４６、３４８の中に放出され、濾過液／透過液収集チャネル３４６、３４８で、濾過液／透過液はフィルターエレメント３２０とハウジング（図示せず）の円筒壁３５２との間に形成された環状濾過液／透過液収集空間３５０の中に収集される。円筒壁３５２は濾過液／透過液出口ポート３５４を備え、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口ポート３５４を通ってフィルターモジュールから吸引されてもよい。

本発明のこの実施形態の利点は、流体流れおよび膜３３０を横切る圧力降下がより密接に制御されてもよいように、支持体３２２の中心管状エレメント３２４に隣接するフィードチャネルまたは分配チャネルから保持液放出チャネル３３６までの未濾過液用の流路が約半分しかないことである。

加えて、前述したように、未濾過液中に含まれている微粒子物質が、好ましくはプリーツの外端で構造エレメント３２６の最外部３３４に当接し、したがって未濾過液中に結局含まれる微粒子物質の衝撃から保護されるシート材料３３０の摩耗を引き起こさないように、未濾過液の流体を偏向する必要はない。

ドレイネージエレメント３３２は、フィルターエレメント３２０の外周で互いに当接し、外周でドレイネージエレメント３３２がストラップ３５６によって互いに保持されるように設計されてもよい。

図１５に、図１４に示されているフィルターエレメントの実施形態の変形形態を備えるフィルターシステムを示す。フィルターエレメント３７０は、主として個々のくさび形構造エレメント３７４だけからなる支持体３７２を備える。構造エレメント３７４は、もはや中心管状支持エレメントに取り付けられておらず、プリーツ内に収容され、図１４に関連して説明してきたものと同じようにプリーツ内に配置されたシート材料３８０を支持するドレイネージエレメント３７６によって所定の間隔をおいて互いに保持される。

シート材料３８０で裏打ちされ、くさび形ドレイネージエレメント３７６によって離間されている個々の構造エレメント３７４の構造は、フィルターエレメント３７０の外周面に沿って延び、ドレイネージエレメント３７６の個々の部分とシート材料３８０で裏打ちされた構造エレメント３７４とを互いに保持するストラップまたはケージ３８２によって固定される。この場合も、ドレイネージエレメント３７６は、フィルターエレメント３７０の外周で互いに当接するように設計されてもよい。

未濾過液の流れは、フィルターエレメント３７０の中心部３８４から構造エレメント３７４の両表面上のチャネル３８６、３８８の中に分配し、チャネル３８６、３８８は、この場合も典型的に、支持エレメント３７４の最内部から支持エレメント３７４の外周端３９０まで走る縦突起部によって形成されている。図１４の実施形態の場合のように、未濾過液はチャネル３８６、３８８の中に分配され、一方向にのみ流れ、すなわち、フィルターエレメント３７０の内部中心空間３８４から半径方向外向きにチャネル３８６および３８８に沿って、チャネル３９２が残りの未濾過液を保持液として収集するために設けられている構造エレメント３７４の最外部３９０に至るまで流れる。その範囲において、チャネル３９２には、チャネル３８６および３８８と保持液受取チャネル３９２との流体連通を可能にする開口部３９４、３９５が設けられる。

濾過液／透過液は、ドレイネージエレメント３７６を通じて収集され、この場合はテンションストラップまたはケージ構造３８２によって画定されている、ハウジング（詳細には図示せず）の壁部４０２とフィルターエレメント３７０の外周との間の環状空間４００の形をとる保持液収集空間まで半径方向外向きに移動する。

壁部４０２は濾過液／透過液出口ポート４０４を備えており、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口ポート４０４を通ってフィルターモジュールから放出されてもよい。

図１４および図１５のフィルターエレメントは共に、プリーツの最内端におけるフィルターエレメントの構成要素の断面積が、第１の実施形態、第２の実施形態および第３の実施形態のフィルターエレメントに比べて小さくなっている。したがって、プリーツの数は、図１〜図１２のどの図によるフィルターエレメントと比べても約１２％多くすることができる。シート材料３３０、３８０の一部は、構造エレメント３２６、３７４の最外部３３４、３９０によって覆われ、遮蔽されるので、与えられる表面積は第１の実施形態のフィルターエレメントに比べると約１０５％になる。

図１６に、ハウジング４２４内にフィルターエレメント４２２を備えるフィルターシステム４２０を示す。

ハウジング４２４は、実質的にフィルターエレメント４２２の全長に沿って延びる円筒壁４２６で構成される。フィルターシステム４２０の一端で、ハウジング４２４は、円筒壁４２６の一端に液密態様で連結された円板４２８によって閉鎖される。

円筒壁４２６の軸方向他端で、ハウジング４２４は、未濾過液供給入口管４３２と保持液収集および出口管４３４とを備えるアダプタエレメント４３０によって閉鎖される。未濾過液入口管４３２は未濾過液を中心管状空間４３６の中に放出し、中心管状空間４３６はフィルターエレメント４２２の未濾過液分配チャネルとして働く。

保持液放出管４３２は、フィルターエレメント４２２の個々のプリーツから保持液を受け取る保持液収集チャネル４４０に流体接続された円形保持液収集空間４３８の中で終わる。

フィルターエレメント４２２のシート材料に浸透する濾過液／透過液は、フィルターエレメント４２２の外周と円筒壁４２６の内面との間の環状空間４４２の中に収集される。

円筒壁４２６には、円筒壁４２６の両端に隣接して配置された２つの濾過液／透過液出口ポート４４４、４４５が設けられる。

標準ハウジング４２４内にフィルターエレメント４２２を収容することを容易にするために、フィルターエレメント４２２には、フィルターエレメント４２２の他方の端面に２つのエンドキャップ４４６、４４８が設けられる。エンドキャップ４４６は、フィルターエレメント４２２をフィルターエレメント４２２の一方の面で完全に閉鎖する円板である。フィルターエレメント４２２の対向端面で、エンドキャップ４４８は、個々のプリーツ４５０の輪状領域内にフィルターエレメント４２２の面を閉鎖するとともに、保持液を円形空間４３８の中に放出する開口部４５２を備える。エンドキャップ４４８の中心部は、未濾過液フィード管４３２を中心管状空間４３６に連結する未濾過液フィード管４３２の端部を液密に収容する働きをする。

フィルターエレメント４２２の全体構造は、図１５に関連して説明したフィルターエレメントに対応することができる。

図１７に、第５の実施形態による本発明のフィルターエレメントを含むフィルターシステムを部分断面で示す。フィルターエレメント５００は、くさび形断面の複数の構造エレメント５０２を備える。

上述した本発明のフィルターエレメントの実施形態とは対照的に、フィルターエレメント５００では、構造エレメント５０２によって画定された未濾過液チャネルは、フィルターエレメント５００の外周からフィルターエレメント５００の中心まで延び、そして外周に戻る。

隣接する２つの構造エレメント５０２の間には、流体透過性共通中心管状支持部５０６から半径方向に外方へ延びるドレイネージエレメント５０４が配置される。流体透過性ドレイネージエレメント５０４は、シート材料（例えば膜）５１０を、隣接する２つの構造エレメント５０２の表面と略平行である位置に支持する。

構造エレメント５０２には半径方向に走る縦突出部が設けられ、それによってチャネル５１２、５１４を作り出す。チャネル５１２は、未濾過液の流れをフィルターエレメント５００の外周からフィルターエレメント５００の中心まで半径方向に誘導し、フィルターエレメント５００の中心で未濾過液の流れは偏向され、未濾過液の流れをチャネル５１４経由で外周まで再誘導される。

未濾過液は、フィルターエレメント５００の外周に作られ、フィルターモジュールのハウジング（詳細には図示せず）の円筒壁５１８によって限定される環状空間５１６から個々のプリーツおよびチャネル５１２、５１４に供給される。環状空間５１６から、未濾過液は各プリーツのチャネル５１２の中に分配される。未濾過液はチャンネル５１４を通って半径方向にフィルターエレメント５００の外周へ戻り、フィルターエレメントの外周に近接してフィルターエレメント５００の軸方向と平行に走る保持液受取チャネル５２０の中に収集される。

構造エレメント５０２には、構造エレメント５０２の外周部に、隣接する構造エレメント５０２の側面５２４、５２６と協働する側面５２４、５２６が設けられる。さらに、構造エレメント５０２の外周面５２８には、構造エレメントは、未濾過液供給チャネルとして働く環状空間５１６が一定の開断面を有するようにフィルターエレメント５００をハウジング５１８に対してある距離を置いて保つ半径方向に突出するスペーサエレメント５３０を備える。

シート材料５１０を浸透した濾過液／透過液は流体透過性ドレイネージエレメント５０４の中に収集され、流体透過性ドレイネージエレメント５０４から、濾過液／透過液はフィルターエレメント５００のプリーツ型構造から出て、フィルターエレメント５００のすべての個々のプリーツから濾過液／透過液を収集する中心容積５２２に入る。

外周には、空間エレメント５３０に当接し、フィルターエレメント５００の個々の部分を、すなわち構造エレメント５０２とフィルターエレメント５００の中心支持構造５０６を有するドレイネージエレメント５０４とシート材料５１０とを互いにしっかりと保持するテンションストラップまたはケージ５３２が設けられる。

未濾過液入口はフィルターエレメント５００の一方の端面に設けられてもよい一方で、保持液チャネル５２０は、フィルターエレメント５００の他方の面にある共通の保持液収集空間中に放出される。濾過液／透過液は、ハウジングの別個の出口ポートによってフィルターエレメントの中心空間５２２から収集される。

このことは、図１７に関連して説明したフィルターエレメント５００を収容するフィルターモジュール５４０を示す図１８でもう少し詳細に実証される。

フィルターモジュール５４０は、円筒壁５１８を有するハウジング５４２ならびに円筒壁５１８の軸方向端部を覆い、円筒壁５１８内の空間を閉鎖する２つの円板状閉鎖エレメント５４４、５４６を備える。

閉鎖エレメント５４４は未濾過液入口として働く偏心ポート５４８を含み、未濾過液は偏心ポート５４８からハウジング５４２の内部環状空間５１６の中に供給される。図１８に示されるように、未濾過液流れは、環状空間５１６からフィルターエレメント５００の個々のプリーツの中にフィルターエレメント５００の外周からフィルターモジュールの中に分配し、フィルターモジュールで未濾過液流れは偏向され外周に戻り、外周で未濾過液の流れは保持液受取チャネル５２０によって収集される。

第２の閉鎖エレメント５４６は円筒壁５１８の端面を覆うとともに、保持液チャネル５２０から保持液を受け取る偏心出口ポート５４９を備える。

図１８に示されるように、未濾過液を個々のプリーツの中に分配する環状空間５１６は、入口ポート５４８から遠く離れた空間５１６の断面積が最小となり、入口ポート５４８の近くで断面積が最大となるように円錐形とされてもよい。

したがって、環状空間５１６の断面積は、未濾過液がフィルターエレメント５００の様々なプリーツの中に分配されるため、フィルターモジュールの運転中に受け取られるより少ない量の未濾過液に適合する。

対照的に、保持液受取チャネル５２０は、断面積がフィルターモジュール５００の未濾過液フィード端部からフィルターモジュール５００の保持液放出端部にかけてその方向に増大している。

フィルターエレメントの中心部は、個々のプリーツ、すなわち隣り合うプリーツ相互間のドレイネージエレメントから濾過液／透過液を受け取るための中心管状空間５２２を画定し、閉鎖エレメント５４４、５４６は、閉鎖エレメント５４４、５４６の両方または一方だけが濾過液／透過液を放出するための出口ポートを有してもよい。図１８の実施形態では、閉鎖構造５４４、５４６は共に、管状空間５２２の中に収集された濾過液／透過液のための出口ポート５５２、５５３を有する。

図１９は、本発明のフィルターエレメント５６０の第６の実施形態を組み込んだフィルターシステムに関する。フィルターエレメント５６０は、図１５のフィルターエレメント３７０に密接に関係するフィルターエレメント５６０の個々の部分の設計を有しているが、流体流れは逆向きである。

フィルターエレメント５６０は複数のくさび形構造エレメント５６２を備えていて、くさび形構造エレメント５６２の外周端５６４に未濾過液分配チャネル５６６を設けている。開口部５６８、５６９により、未濾過液は分配チャネル５６６から出て行き、未濾過液チャネル５７０、５７２の両表面上の構造エレメント５６２の外周端から未濾過液を保持液として収集するフィルターエレメント５６０の中心管状空間５７４まで延びる、半径方向に延びる未濾過液チャネル５７０、５７２に入ることができる。

未濾過液チャネル５７０、５７２は多孔質シート材料５７６で裏打ちされ、多孔質シート材料５７６は、多孔質シート材料５７６の濾過液／透過液面上で流体透過性ドレイネージエレメント５７８によって支持される。シート材料５７６を透過した流体はドレイネージエレメント５７８の中をフィルターエレメント５６０の外周へ移動しており、そこで流体は濾過液／透過液チャネル５８０の中に収集され、フィルターエレメント５６０の外周とハウジングの壁５８４との間の環状空間５８２に放出される。壁５８４は濾過液／透過液出口５８６を備え、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口５８６を通ってフィルターモジュールから放出されてもよい。

図２０に、本発明のフィルターエレメント６００の第７の実施形態を示す。フィルターエレメント６００は、図１５のフィルターエレメント３７０と類似の基本設計を有し、主として個々のくさび形構造エレメント６０４だけからなる支持体６０２を備える。構造エレメント６０４は中心管状支持エレメントには取り付けられず、シート材料６１０のプリーツ内に収容され、くさび形構造エレメント６０６によって互いに所定の距離を置いて保持され、くさび形構造エレメント６０６はさらにシート材料６１０を支持する。

個々の構造エレメント６０４は、シート材料６１０で裏打ちされるとともに、フィルターエレメント６００の外周の周囲を延び、個々の部分、すなわちドレイネージエレメント６０６とシート材料６１０で裏打ちされた構造エレメント６０４とを互いに保持するテンションストラップまたはケージ６１２によって固定されたドレイネージエレメント６０６によって離間される。

未濾過液の流れは、フィルターエレメント６００の中心管状部６１４から構造エレメント６０４の両表面上のチャネル６１６、６１８の中に分配され、チャネル６１６、６１８は、この場合も典型的に、支持エレメント６０４の最内部から支持エレメント６０４の外周端６２０まで走る縦突起部によって形成されている。チャネル６１６、６１８の中に分配された未濾過液は、一方向にのみ流れ、すなわち、フィルターエレメント６００の内部中心空間６１４から半径方向外向きにチャネル６１６および６１８に沿って、チャネル６２２が残りの未濾過液を保持液として収集するために設けられている構造エレメント６１４の最外部６２０に至るまで流れる。その範囲において、チャネル６２２には、チャネル６１６および６１８と保持液受取チャネル６２２との流体連通を可能にする開口部６２４、６２５が設けられる。

濾過液／透過液は、流体透過性ドレイネージエレメント６０６を通じて収集され、この場合はテンションストラップまたはケージ構造６１２によって画定されている、ハウジング（詳細には図示せず）の壁部６３２とフィルターエレメント６００の外周との間の環状空間６３０の形をとる濾過液／透過液収集空間まで半径方向外向きに移動する。壁部６３２は濾過液／透過液出口ポート６３４を備えており、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口ポート６３４を通ってフィルターモジュールから放出されてもよい。

図１５から既に知られているかかる構造に加えて、図２０のフィルターエレメント６００は、シート材料６１０と一体に形成されうる追加のシート材料表面領域６３６、６３８を備える。表面領域６３６、６３８は、構造エレメント６０４の外周端６２０からチャネル６１６、６１８との間の内部空間の中にまで半径方向に、プリーツのシート材料６１０から離間され、プリーツのシート材料６１０と略平行に延びる。表面領域６３６、６３８は、例えば、構造エレメントの長さの約半分にわたって半径方向に延び、それによってプリーツのシート材料の表面積は約５０％増大する。

シート材料領域６３６、６３８はチャネル６１６、６１８内の流体流れと直接接触するので、濾過液／透過液が表面領域６３６、６３８の間のチャネル状空間６４０を通過することができる。表面領域６３６、６３８の間の空間６４０から濾過液／透過液を収集するために、表面領域６３６、６３８は、好ましくはドレイネージエレメントによって互いに離間されたままにされる。このようなドレイネージエレメントの一実施例が、図２０の右側に多孔質構造６４０ａとして示されている。空間６４０の外周端にはギャップ６４２が設けられ、濾過液／透過液はギャップ６４２を通じて環状空間６３０に出入りする。

図２１Ａに、図１５のフィルターエレメントの別の変更形態を有するフィルターシステムを示す。本発明のフィルターエレメントの第８の実施形態としてのフィルターエレメント６５０は、図１５のフィルターエレメント３７０と類似の基本設計を有し、主として個々の構造エレメント６５４だけからなる支持体６５２を備える。構造エレメント６５４は中心管状支持エレメントには取り付けられず、シート材料６６０のプリーツ内に収容され、流体透過性ドレイネージエレメント６５６によって互いに所定の距離を置いて保持され、流体透過性ドレイネージエレメント６５６はさらにシート材料６６０を支持する。

シート材料６６０で裏打ちされ、ドレイネージエレメント６５６によって離間されている個々の構造エレメント６５４は、フィルターエレメント６５０の外周の周囲を延びかつ個々の部分、すなわちドレイネージエレメント６５６とシート材料６６０で裏打ちされた構造エレメント６５４とを互いに保持するテンションストラップまたはケージ６６２によって固定される。

未濾過液の流れは、フィルターエレメント６５０の中心部６６４から、支持エレメント６５４の最内部から支持エレメント６５４の外周端６７０まで走る、構造エレメント６５４の両表面上のチャネル６６６、６６８の中に分配される。チャネル６６６、６６８の中に分配された未濾過液は、一方向にのみ流れ、すなわち、フィルターエレメント６５０の内部中心空間６６４から半径方向外向きにチャネル６６６および６６８に沿って、チャネル６７２が残りの未濾過液を保持液として収集するために設けられている構造エレメント６５４の最外部６７０に至るまで流れる。その主旨で、チャネル３７２には、チャネル６６６および６６８と保持液受取チャネル６７２との流体連通を可能にする開口部６７４、６７５が設けられる。

濾過液／透過液は、ドレイネージエレメント６５６を通じて収集され、この場合はテンションストラップまたはケージ構造６６２によって画定されている、ハウジング（詳細には図示せず）の壁部６８２とフィルターエレメント６５０の外周との間の環状空間６８０の形をとる保持液収集空間まで半径方向外向きに移動する。壁部６３２は濾過液／透過液出口ポート６８４を備えており、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口ポート６８４を通ってフィルターモジュールから放出されうる。

図１５から既に知られているような構造に加えて、図２１Ａのフィルターエレメント６５０の構造エレメント６５４は、構造エレメント６５４がドレイネージエレメントとしても働くように、別のシート材料６８６で裏打ちされ、流体透過性材料で作られる。構造エレメント６５４の本体内には、チャネル６７２と平行に走る別の濾過液／透過液収集チャネル６８８が形成される。各プリーツ内に収容される追加のシート材料６８６は実質的に構造エレメント６５４の完成時の高さにわたって延び、それによってプリーツ当たりのシート材料の表面積を約２倍に増大する。

チャネル６６６、６６８内の流体流れは、それぞれチャネルの両側でシート材料６６０および６３８と直接接触するので、濾過液／透過液は、構造エレメント６５４内のチャネル状空間６８８の中へもドレイネージエレメント６５６の中へも通過することができる。

フィルターエレメント６５０には、個々のプリーツの全長にわたって延びる構造エレメント６５４の各側面上に１つの単一未濾過チャネル６６６、６６８を設けてもよい。

しかしながら、より好ましくは、複数の未濾過液チャネル６６６、６６８が構造エレメント６５４の各側面上に設けられて、前記の実施形態に関連して説明してきたように、未濾過液流れをプリーツの内側端部からプリーツの外側端部まで誘導する。

しかしながら、好ましくは記述されている他の実施形態の場合のように、構造エレメント６５４の表面は第２のシート材料６８６で裏打ちされていて、構造エレメント６５４に縦突起部またはリブを設けなくてもよい。

その代わりに、図２１Ｂに示されるように軸方向案内エレメントまたはインサート６９０が使用されてもよい。案内エレメント６９０は、フィルターエレメントの軸方向にプリーツの全長にわたって延びる約半分の円筒体６９２からなる。半分の円筒体６９２の２つの平行面６９３から、分割壁として働く複数のロッドまたはスパイク６９４が、プリーツ内に複数の並列未濾過液チャネルを画定する。案内エレメント６９０はフィルターエレメント６５０内に挿入されて、半円筒体６９２は、シート材料６８６で裏打ちされた構造エレメント６５４の上部内端６８９上に載ることができる。

代替実施形態では、半円筒体６９２は、構造エレメント６５４および構造エレメント６５４に従属するスパイク６９４の外周端６７０と一致されてもよい。

スパイク６９４の自由端６９６は、フィルターエレメント６５０が完全に組み立てられ、ケージ６６２が定位置にあると、自由端６９４のそれぞれの位置で安定する。

図２２Ａに、本発明によるフィルターエレメントの第９の実施形態を示す。基本構造はこの場合も図１５に示されている実施形態に対応する。

フィルターエレメント７００は、主として個々の構造エレメント７０４だけからなる支持体７０２を備える。構造エレメント７０４は中心管状支持エレメントには取り付けられず、第１のシート材料７１０のプリーツ内に収容され、流体透過性ドレイネージエレメント７０６によって互いに所定の距離を置いて保持され、流体透過性ドレイネージエレメント７０６はさらにシート材料７１０を支持する。

シート材料７１０で裏打ちされ、ドレイネージエレメント７０６によって離間されている個々の構造エレメント７０４は、フィルターエレメント７００の外周の周囲を延び、個々の部分、すなわちドレイネージエレメント７０６とシート材料７１０で裏打ちされた構造エレメント７０４とを互いに保持するテンションストラップまたはケージ７１２によって固定される。

未濾過液は、構造エレメント７０４の最内部から構造エレメント７０４の外周端７２０まで走る、構造エレメント７０４の両表面上の未濾過液チャネル７１６、７１８の中に分配される。チャネル７１６、７１８の中に分配された未濾過液は、一方向にのみ流れ、すなわち、フィルターエレメント７００の構造エレメント７０４の最内端から半径方向外向きにチャネル７１６および７１８に沿って、チャネル７２２が残りの未濾過液を保持液として収集するために設けられている構造エレメント７０４の最外部７２０に至るまで流れる。その主旨で、チャネル７２２には、チャネル７１６および７１８と保持液受取チャネル７２２との流体連通を可能にする開口部７２４、７２５が設けられる。

濾過液／透過液は、ドレイネージエレメント７０６を通じて収集され、テンションストラップまたはケージ構造７１２によって画定されている、ハウジング（詳細には図示せず）の壁部７３２とフィルターエレメント７００の外周との間の環状空間７３０の形をとる保持液収集空間まで半径方向外向きに移動する。壁部７３２は濾過液／透過液出口ポート７３４を備えており、濾過液／透過液は濾過液／透過液出口ポート７３４を通ってフィルターモジュールから放出されてもよい。

図１５から実質的に知られているような構造に加えて、図２２Ａのフィルターエレメント７００は、プリーツ構造内のシート材料７１０のプリーツとほぼ同延である追加のまたは第２のシート材料７３６を備える。

第２のシート材料７３６は、実質的に、構造エレメント７０４の外周端７２０にあるプリーツの保持液チャネル７２２から内部にまで半径方向に、プリーツの第１のシート材料７１０から離間され、プリーツの第１のシート材料７１０と略平行に延びる。シート材料７３６は、シート材料７３６の最内プリーツ型部分と共に未濾過液分配チャネルとして働くチャネル７１４を画定し、未濾過液は、チャネル７１４を通って未濾過液チャネル７１６、７１８の中に送り込まれる。未濾過液チャネル７１４を形成するシート材料の最内プリーツ型部分は中心支持体７４２に当接する。

第１のシート材料および第２のシート材料の表面積は、図１５のフィルターエレメントの表面積の約２倍になる。

第２のシート材料７３６はチャネル７１６内の流体流れと直接接触するので、濾過液／透過液がチャネル状空間７４０の中にまで通過することができる。空間７４０から濾過液／透過液を収集するために、構造エレメント７０４は流体透過性に設計され、ドレイネージエレメントとして働く。

図２１Ａの実施形態の状況で説明した通り、図２２Ａのフィルターエレメント７００でも、個々のプリーツ内の未濾過液チャネル７１６、７１８は、フィルターエレメント７００の軸方向にプリーツの全長にわたって延びる１つの単一チャネルとして設計されてもよい。

しかしながら、フィルターエレメント７００は、縦エレメントによって隔てられた複数の並列チャネル７１６および７１８を含むことが好ましい。

構造エレメント７０４はシート材料７３６で裏打ちされるので、構造エレメント７０４の表面はこのような縦エレメントを支持するために使用することはできない。代わりに、図２１Ａのフィルターエレメント６５０の場合と同様に、複数のロッドまたはスパイク７５４および７６４がそれぞれ従属または延長している半円筒支持体７５２および７６２をそれぞれ備えるインサート７５０、７６０を使用してもよい。

インサート７５０の半円筒支持体７５２はプリーツの外周端部７２０に収容され、スパイク７５４は、例えば未濾過液チャネル７１６、７１８の半径方向の長さのほぼ中間で内方へ突出する。

他のインサート７６０は、プリーツの最内端にあるインサート７６０の半円筒体７６２がプリーツの外面で未濾過液分配チャネル７１４にあるシート材料７３６と接触した状態で挿入され、それによってかかる領域内でシート材料７３６の構成を安定化する。

スパイク７６４は、支持体７６２から半径方向外向きに隣接する２つのプリーツのチャネル７１６、７１８の中に未濾過液流路の長さの約半分にわたって延びる。

スパイク７５４および７６４の長さは、両インサートが定位置にあり、フィルターエレメント７００が完全に組み立てられたときにスパイク７５４の内側自由端７５６とスパイク７６４の外側自由端７６６とが相接するように選択される。この場合もこの状態でスパイクはスパイクの所定の位置に固着される。

図２３は、米国特許第７，３８４，５４９（Ｂ２）号明細書に開示されている多段階シングルパス濾過システム８００のブロック図である。この種のシングルパス濾過システム８００は、本発明のフィルターエレメントを組み込むことができる多数の様々な濾過システムのうちの１つを示す。

図２３のシステム８００は３つの濾過段階８０２、８０４および８０６を備える。未濾過液は、圧力装置またはポンプ８０８によってフィードライン８１０を通じて第１段階８０２に送り込まれる。第１段階８０２は３つのフィルターエレメント８１２で構成してもよく、３つのフィルターエレメント８１２は、並列配置で、ライン８１０からフィルターエレメント８１２の未濾過液入口に連結された個々の供給ライン８１４、８１５、８１６を通じて未濾過液を受け取る。

フィルターエレメント８１２は、フィルターエレメント８１２の保持液出口で個々の放出ライン８１８、８１９、８２０に連結され、放出ライン８１８、８１９、８２０は、合体して第２濾過段階８０４への未濾過液供給ラインとして働く単一ライン８２２になる。第２濾過段階８０４は、第１段階のフィルターエレメント８１２から収集された濾過液／透過液によるこの段階でのスループットの減少を反映して、２つのフィルターエレメント８１２を備える。

第１段階８０２の保持液は第２段階用の未濾過液として働き、個々の供給ライン８２６、８２７を通じてフィルターエレメント８２４の中に送り込まれる。フィルターエレメント８２４からの保持液は個々の放出ライン８３０によって収集され、放出ライン８３０は、合体してフィルターエレメント８３４で表されている最終段階８０６への単一未濾過液供給ライン８３２になる。第２段階８０４の保持液は第３段階８０６用の未濾過液として働く。フィルターエレメント８３４から放出された保持液は保持液ライン８３６によって収集される。

話を簡単にするために、フィルターエレメント８１２、８２４および８３４の濾過液／透過液出口から濾過液を受け取る濾過液／透過液ラインは図２３の表示において省略されている。

本発明のフィルターエレメントは、例えば、システムの流動条件を最適化するためにフィルターエレメントの個々のプリーツ内の未濾過液チャネルの断面積を変えることにより、種々の段階８０２、８０４、８０６によって受け取られる未濾過液の変化する特性、例えば粘度に容易に適合することができる。

図１〜図２２に関連する好ましい諸実施形態の前述の説明では、クロスフロー濾過に特に適しているフィルターエレメントまたはフィルターシステムについて記述したが、本発明はそれらに限定されるものではない。諸実施形態のうちのいくつかは、いくつかの小さな変更で全量濾過に適格となりうる。図１４、図１５、図１９、図２０、図２１Ａおよび図２２Ａの実施形態は、何の変更もせずに全量濾過に適用することができる。実際、未濾過液は、通常の未濾過液供給装置（例えば図１５内の中心部３８４）を通って、同時に保持液受取装置（例えば図１５内のチャネル３９２）を通って与えることができる。

１０…フィルターシステム、１２…フィルターエレメント、１４…円筒ハウジング、１６…端部、１８…端部、２０…円筒壁部、２２…未濾過液入口、２４…保持液出口、２６…濾過液／透過液出口開口部、２７…濾過液／透過液出口開口部、２８…エンドキャップ、２９…エンドキャップ、３０…支持体、３１…流体透過性包装部材またはケージ、３２…中心管状支持エレメント、３３…ドーム形壁、３４…構造エレメント、３６…前端、端面、３８…中心管状エレメント、３９…分配チャネル、４０シート部材、４２…プリーツ、４４…ドレイネージエレメント、４６…壁部、４７…壁部、４８…チャネル、５０…構造エレメント、５２…長手方向側面、５３…長手方向側面、５４…並列縦突起部、５６…開口部、５８…内部、６０…流路またはチャネル、６２…流路またはチャネル、６４…開口部、６６…開口部、６８…開口部、７０…開口部、８０…構造エレメント、８２…チャネル、８４…チャネル、８６…縦突起部、１００…フィルターエレメント、１０２…支持体、１０４…くさび形構造エレメント、１０５…外周端、端部、１０６…区間、１０８…区間、１１０…ドレイネージエレメント、柔軟な透過性フィルム、１１２…くさび形ドレイネージ部分、１１４…チャネル、１１６…中心空間、１５０…フィルターエレメント、１５２…支持体、１５３…中心管状支持部、１５４…構造エレメント、１５６…シート材料、１５８…ドレイネージエレメント、１６０…端部、１６２…流体偏向エレメント、１８０…支持体、１８２…中心管状エレメント、１８４…構造エレメント、１８６…縦スロット、１８８…最内端部、１９０…一端、１９２…他端、１９４…壁部、１９６…未濾過液分配チャネル、１９８…未濾過液分配チャネル、１９９…未濾過液分配チャネル、２００…フィルターモジュール、２０２…フィルターエレメント、２０４…ハウジング、２０６…放出開口部、２０８…ポート、２１０…空間、２１２…流体偏向エレメント、２１４…透過液または濾過液空間、２１５…ドレイネージ層、２１８…ケージ型締付けエレメント、２２０…支持体、２２２…構造エレメント、２２４…フォームフィット部分、２２６…チャネル、２２８…ダクト、２３０…内部空間、中心保持液チャネル、保持液受取チャネル、２３２…放出開口部、２３４…縦突起部、２３６…チャネル、２３８…チャネル、２４０…フィルターエレメント、２４２…ハウジング、２４４…完成フィルターモジュール、２４８…未濾過液入口、２５０…保持液入口、２５２…濾過液／透過液出口、２５３…濾過液／透過液出口、２５４…プリーツ、２５６…外周端、２５８…支持ドレイネージ層、２７０…フィルターシステム、２７２…フィルターエレメント、２７６…円つ壁、２７８…円板、２８０…アダプタエレメント、２８２…未濾過液フィード入口管、２８４…保持液収集および出口管、保持液放出管、２８６…環状空間、円形空間、２８８…未濾過液分配チャネル、２９０…保持液収集チャネル、２９２…環状空間、２９４…濾過液／透過液出口ポート、２９５…濾過液／透過液出口ポート、２９６…エンドキャップ、２９８…エンドキャップ、３００…プリーツ、３０２…開口部、３２０…フィルターエレメント、３２２…支持体、３２４…中心円筒支持エレメント、中心管状支持エレメント、３２６…構造エレメント、３３０…プリーツ型シート材料、３３２…ドレイネージエレメント、３３４…外周端、３３６…保持液受取チャネル、３３８…開口部、３３９…開口部、３４０流路、３４２…流路、３４４…開口部、３４６…濾過液／透過液収集チャネル、３４８…濾過液／透過液収集チャネル、３５０…環状濾過液／透過液収集チャネル、３５２…円筒壁、３５４…濾過液／透過液出口ポート、３５６…ストラップ、３７０…フィルターエレメント、３７２…支持体、３７４…くさび形構造エレメント、３７６…ドレイネージエレメント、３８０…シート材料、３８２…ストラップまたはケージ、テンションストラップまたはケージ構造、３８４…中心部、内部中心空間、３８６…チャネル、３８８…チャネル、３９０…外周端、３９２…保持液受取チャネル、３９４…開口部、３９５…開口部、４００…環状空間、４０２…壁部、４０４…濾過液／透過液出口ポート、４２０…フィルターシステム、４２２…フィルターエレメント、４２４…ハウジング、４２６…円筒壁、４２８…円筒壁、４３０…アダプタエレメント、４３２…未濾過液フィード入口管、保持液放出管、４３４…保持液収集および出口管、４３６…中心管状空間、４３８…円形保持液収集空間、４４０…保持液収集チャネル、４４２…環状空間、４４４…濾過液／透過液出口ポート、４４５…濾過液／透過液出口ポート、４４６…エンドキャップ、４４８…エンドキャップ、４５０…プリーツ、４５２…開口部、５００…フィルターエレメント、５０２…構造エレメント、５０４…流体透過性ドレイネージエレメント、５０６…流体透過性ドレイネージエレメント、流体透過性共通中心管状支持部、５１０…シート材料、５１２…チャネル、５１４…チャネル、５１６…環状空間、５１８…円筒壁、５２０…保持液受取チャネル、５２２…中心空間、中心管状空間、５２４…側面、５２６…側面、５２８…外周面、５３０…スペーサエレメント、５３２…テンションストラップまたはケージ、５４０…フィルターモジュール、５４２…ハウジング、５４４…円板状閉鎖エレメント、５４６…円板状閉鎖エレメント、５４８…偏心入口ポート、５４９…偏心出口ポート、５５２…出口ポート、５５３…出口ポート、５６０…フィルターエレメント、５６２…くさび形構造エレメント、５６４…外周端、５６６…未濾過液分配チャネル、５６８…開口部、５６９…開口部、５７０…未濾過液チャネル、５７２…未濾過液チャネル、５７４…中心管状空間、５７６…多孔質シート材料、５７８…流体透過性ドレイネージエレメント、５８０…濾過液／透過液チャネル、５８２…環状空間、５８４…壁、５８６…濾過液／透過液出口、６００…フィルターエレメント、６０２…支持体、６０４…くさび形構造エレメント、６０６…くさび形構造エレメント、６１０…シート材料、６１２…テンションストラップまたはケージ、６１４…中心管状部、６１６…チャネル、６１８…チャネル、６２０…最外部、外周端、６２２…保持液受取チャネル、６２４…開口部、６２５…開口部、６３０…環状空間、６３２…壁部、６３４…濾過液／透過液出口ポート、６３６…シート材料表面領域、６３８…シート材料表面領域、６４０…チャネル状空間、６４０ａ…多孔質構造、６４２…ギャップ、６５０…フィルターエレメント、６５２…支持体、６５４…構造エレメント、６５６…流体透過性ドレイネージエレメント、６６０…シート材料、６６２…テンションストラップまたはケージ、６６４…中心部、６６６…チャネル、６６８…チャネル、６７０…外周端、６７２…保持液受取チャネル、６７４…開口部、６７５…開口部、６８０…環状空間、６８２…壁部、６８４…濾過液／透過液収集チャネル、６８９…上部内端、６９０…軸方向案内エレメントまたはインサート、６９２…半円筒体、６９３…２つの平行面、６９４…ロッドまたはスパイク、６９６…自由端、７００…フィルターエレメント、７０２…支持体、７０４…構造エレメント、７０６…流体透過性ドレイネージエレメント、７１０…第１のシート材料、７１２…テンションストラップまたはケージ、７１４…チャネル、７１６…未濾過液チャネル、７１８…未濾過液チャネル、７２０…外周端、最外部、７２２…保持液受取チャネル、７２４…開口部、７２５…開口部、７３０…環状空間、７３２…壁部、７３４…濾過液／透過液出口ポート、７３６…第２のシート材料、７４０…チャネル状空間、７４２…中心支持体、７５０…インサート、７５２…半円筒支持体、７５４…スパイク、７５６…内側自由端、７６０…インサート、７６２…半円筒支持体、７６４…スパイク、７６６…外側自由端、８００…多段シングルパス濾過システム、８０２…第１濾過段階、８０４…第２濾過段階、８０６…第３濾過段階、８０８…圧力装置またはポンプ、８１０…フィードライン、８１２…フィルターエレメント、８１４…供給ライン、８１５…供給ライン、８１６…供給ライン、８１８…放出ライン、８１９…放出ライン、８２０…放出ライン、８２２…単一ライン、８２４…フィルターエレメント、８２６…供給ライン、８２７…供給ライン、８３０…放出ライン、８３１…放出ライン、８３２…単一未濾過液供給ライン、８３４…フィルターエレメント、８３６…保持液ライン

Claims (18)

1. 未濾過液側および濾過液側を有する多孔質のシート材料であって、該シート材料が、縦方向に延びる複数のプリーツ内に配置され、前記プリーツがそれぞれ、前記プリーツの第１の開放端から第２の閉鎖端まで前記縦方向に対して垂直に延びる第１の壁部および第２の壁部を有し、前記第１の壁部および前記第２の壁部が互いに離間される、シート材料と、
   前記プリーツの前記縦方向に沿って延びる未濾過液供給装置であって、該未濾過液供給装置が実質的に前記プリーツの全長に沿って各プリーツの前記第１の端部または前記第２の端部と流体連通し、該未濾過液供給装置には、該未濾過液供給装置から前記プリーツ内へと前記プリーツの前記縦方向に対して略垂直な方向に流体流れを形成するように設計された開口部が設けられる、未濾過液供給装置と、
   を備えるフィルターエレメント。
2. 前記シート材料の前記未濾過液側で前記プリーツ内に配置され、前記未濾過液を前記プリーツの前記第１の壁部および前記第２の壁部に沿って流路内を誘導する複数の構造エレメントをさらに備え、
   好ましくは、前記構造エレメントが前記プリーツの前記壁部と略同延で構成される、請求項１に記載のフィルターエレメント。
3. 前記構造エレメントが、好ましくは、前記未濾過液用の複数の並列流路を構成することにより、前記未濾過液の流れを前記プリーツの前記縦方向に対して略垂直な方向に誘導し、場合により、前記構造エレメントが、実質的に前記構造エレメントの一端から他端まで延びる前記未濾過液用の流路を画定する、請求項２に記載のフィルターエレメント。
4. 前記フィルターエレメントがクロスフローフィルターエレメントとして設計され、実質的に前記プリーツの全長に沿って延びる保持液受取装置をさらに備え、前記保持液受取装置には、保持液を前記プリーツから前記プリーツの一端で前記プリーツの前記縦方向に対して略垂直な方向に受ける、実質的に前記プリーツの全長に沿った開口部が設けられる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
5. 前記流路の断面積が未濾過液流れの方向に沿って増大している、請求項２〜４のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
6. 前記プリーツ内の前記未濾過液の流路が前記プリーツの前記開放端から前記閉鎖端まで延び、前記閉鎖端で前記未濾過液の前記流れ方向が前記プリーツの前記開放端への方向に逆向きにされ、前記開放端で前記濾過液が、場合により、保持液として前記プリーツから出て行き、前記構造エレメントが前記未濾過液の流れを前記各プリーツの中で相対する二方向に分離する、請求項２〜５のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
7. 前記未濾過液が前記プリーツの前記閉鎖端に供給され、場合により、前記保持液が前記プリーツの前記開放端から収集される、請求項２〜５のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
8. 前記未濾過液が前記プリーツの前記開放端に供給され、場合により、前記保持液が前記プリーツの前記閉鎖端で収集される、請求項２〜５のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
9. 前記フィルターエレメントが、前記シート材料の前記濾過液側に配置されたドレイネージエレメントを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
10. 前記ドレイネージエレメントが、前記未濾過液の方向に減少する前記濾過液に対する流体流動抵抗を与える、請求項９に記載のフィルターエレメント。
11. 前記複数のプリーツが、互いに所定の、好ましくは、一定の間隔を置いて、前記フィルターエレメントの中心軸線の周りに円周方向に配置され、場合により、前記プリーツの前記開放端が前記プリーツの前記閉鎖端より前記中心軸線の近くに配置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
12. 前記プリーツが半径方向に略直線状の方向に延びている、請求項１１に記載のフィルターエレメント。
13. 前記プリーツが前記半径方向に対して斜めに延び、場合により、湾曲した断面形状またはアーチ形の断面形状を有する、請求項１１に記載のフィルターエレメント。
14. 前記プリーツの前記壁部が、前記プリーツの前記開放端に比べて前記プリーツの前記閉鎖端で互いにより大きい距離を隔てる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
15. 前記プリーツの前記壁部が、前記プリーツの前記閉鎖端に比べて前記プリーツの前記開放端で互いにより大きい距離を隔てる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
16. 前記未濾過液供給装置が、好ましくは、前記未濾過液供給装置のフィード側から閉鎖端にかけて減少する断面積を有する１つまたは複数のフィードチャネルを含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
17. 前記保持液受取装置が、好ましくは、閉鎖端から前記保持液を前記フィルターエレメントから放出する端部にかけて増大する断面積を有する１つまたは複数のチャネルを含む、請求項４〜１６のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。
18. 前記構造エレメントが、前記未濾過液流れから多孔質シート材料によって隔てられたプリーツの中に濾過液収集空間を組み込んでおり、好ましくは、前記濾過液収集空間が前記複数のプリーツの前記壁部の前記濾過液側と直接的に流体連通する、または、前記構造エレメントが、多孔質シート材料を支持し、前記濾過液収集空間を提供する流体透過性材料の別個の構成要素を備え、場合により、前記濾過液収集空間が、前記プリーツの前記縦方向に実質的に全体にわたって延びる濾過液放出チャネルを形成するか、または前記濾過液放出チャネルに寄与する、請求項２〜１７のいずれか一項に記載のフィルターエレメント。

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