JP2018520852A

JP2018520852A - 高圧耐性フィルタ

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Publication number: JP2018520852A
Application number: JP2017563967A
Authority: JP
Inventors: ツェンウー・リン; ヤコブ・アンドリュース
Original assignee: サン−ゴバンパフォーマンスプラスティックスコーポレイション
Priority date: 2015-06-08
Filing date: 2016-06-06
Publication date: 2018-08-02
Anticipated expiration: 2036-06-06
Also published as: CN111643990B; US10799815B2; JP6664417B2; EP3307416A4; EP3307416B1; KR20180010305A; EP3307416A1; CN107847845A; EP3932516A1; CN107847845B; KR102052327B1; US20160354712A1; CN111643990A; BR112017026485B1; BR112017026485A2; WO2016200745A1

Abstract

高差圧が印加された際に、封入されたプリーツ付きフィルタが、剛性コア内に形成された貫通孔の中に押圧されて圧壊するのを防ぐように構成されたフィルタカートリッジ。穿孔の減寸によってコアを修正することによって、コアで支持されていないフィルタ材料の区域が減じられる。代わりに、または加えて、半剛性または剛性のコアラップをコアの周りに畳重することによって、プリーツ付きフィルタに対する構造支持を更に増強する。ラップはクモの巣状の構造として形成され、下に設けてあるコア貫通孔が部分的に閉塞されるように、ひも材セグメントの厚さおよび間隔が調節される。これにより、貫通孔の有効断面直径が減じられるため、コアで支持されていないプリーツ付きフィルタの区域全体が縮小する。貫通孔の区域を維持し、且つ貫通孔を画定しているコア壁の部分から貫通孔の中心点までの距離が減じられるように、貫通孔の形状を修正することも可能である。また、貫通孔領域のクラスタ化によってコアを修正することも可能である。
【選択図】図１５

Description

関連出願の相互参照
本開示は、２０１５年６月８日に出願された米国特許仮出願６２／１７２，７８９号の利益を主張するものであり、この特許の内容は本明細書において参照により援用されている。

本開示は、高差圧の印加に対する耐性に改良が施されたフィルタカートリッジに関する。より具体的には、本開示は、高差圧にてフィルタの完全性を維持するフィルタコアおよびフィルタコア支持構造物に関する。

多様な業界にわたって、流体から汚染物質を除去する用途にフィルタが使用されている。一般的なフィルタ構成の１つは、当該技術分野において周知の、プリーツ付きフィルタカートリッジである。プリーツ付きカートリッジは、互い違いの複数の折り目から形成された濾過媒体で構成される。これらの折り目は、コアから放射状に延在し、フィルタ媒体を所定の位置に保持する追加的な構造物と共に画定された空間内でフィルタ表面積を増大する。このフィルタコンフィギュレーションは、全体的なフィルタ処理への接続および流体連通を可能にすることによって、迂回を防ぐ。カートリッジを適切に濾過システムに組み付けることによって、フィルタシステム中を流れる実質的に全ての流体が、フィルタ媒体を貫通することが保証される。

当該技術分野において周知のように、現在利用可能な濾過カートリッジは、下記の構成要素または構造物のうちの幾つかまたは全てを、さまざまな度合いで具備する。プリーツ支持体は、フィルタ媒体を設定されたプリーツ付きパターンに固定するのに使用される。濾過媒体は、考えられる多くの材料選択オプションのうちのナイロン、ポリエチレン、ポリプロピレンおよび処理済みまたは未処理のセルロース系繊維などの１種以上の材料から形成され、多くの可能な媒体タイプのうちの織布、不織布、またはメンブレンタイプの濾過媒体として構成できる。末端キャップの用途は、プリーツ付き濾過媒体の縁部に固定させること、プリーツの心合わせを維持すること、およびカートリッジ内のフィルタ媒体の軸方向の配向を固定することである。濾過媒体ならびにいずれかの任意選択的な支持構造物は、熱シール、ソニックシール、接着剤および注型封入（ｐｏｔｔｉｎｇ）、ならびに当該技術分野において周知の他の方法によって、末端キャップに取り付けられる。

プリーツ付きフィルタカートリッジは、画定された３次元フィルタハウジングまたはカートリッジにおいて利用可能なフィルタ表面積を有意に増大するという点で有利である。支持構造物は、所望されるプリーツアレンジメント（ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）によってフィルタ媒体を保持し、或る程度の保護を施して強度を増大させる。しかしながら、比較的高いレベルの圧力に曝露された場合、内部コアに対するフィルタ圧縮は、この支持体では十分には防止されない。このことは、フィルタプリーツとカートリッジコアとの間の試射点として機能する区域に特に当てはまる。プリーツ状のコンフィギュレーションであることから、プリーツ付きフィルタ媒体のちの比較的狭小な部分だけが、コアに接触する。この様子は、図１〜図４および図１７に、関連技術のフィルタカートリッジを示す図によって例証されている。このフィルタカートリッジは、全図面共通に１００と呼称され、プリーツ付きフィルタ媒体を備えている。

フィルタカートリッジ１００はコア１０２を具備し、そのコアの各端部には末端キャップ１０１が固定されている。コアの周りには、全図面共通に１０３と呼称されているプリーツ付きフィルタメンブレンまたはプリーツパックが配置されている。コアは、流体をフィルタ媒体からコア内へ、そしてカートリッジの外部へ遊走させる、一連の開口で形成されている。特に図２および図４に示すように、プリーツパック１０３において極めて小さなセグメントだけが、コア１０２に対して見当合わせされる。このため、コアに対して見当合わせされないプリーツパックの部分には、支持されていない部分が幾つか生ずる。内側プリーツパック頂点（俗に、谷部としても知られている）は、プリーツパック内の実質的に線形の領域であり、コアに対して見当合わせされ、点荷重（すなわち、頂点に沿った荷重）を形成し、内側プリーツパック頂点の一部はコアの固体面セクションで支持される一方、それ以外の内側プリーツパック頂点の一部は支持されずに、下記に開示されているコア貫通孔全体にわたって延在する。

図１に示すように、コア１０２は出口室１０８を画定するコア壁を有する。一連の貫通孔１０７は、プリーツパック１０３の下流にある処理済みの流体を、コア壁を貫通して出口室に流入させている。標準的な貫通孔は、円形形状の場合には、断面直径が約４ｍｍ（ミリメートル）であり、正方形または直方体の形状の場合には、コアの外周の周りに延在し且つコア壁から外向きに放射状に突き出ている環状畝部で形成された幾つかのコアに共通する測定値とほぼ同じ測定値である。プリーツパック１０３の部分１０４は、コア１０２に対して直接的には見当合わせされないが、貫通孔１０７を横切って延在し、コア１０２の壁からの構造支持をいっさい受容しない。低い差圧（図面および本明細書中で「ＬＰ」と呼ばれ、且つ低いシステム圧力とは区別される）が印加された際、プリーツパック１０３における支持されていない部分１０４を支持するためには、コア１０２の壁で直接的には支持されていないプリーツパック１０３の部分を用いれば十分であり、結果として、支持されていない部分が大して変形せず、あるいは貫通孔１０７への遊走も起こらずに済む。対照的に、高差圧（本明細書中で「ＨＰ」と呼ばれる）（且つ、高いシステム圧力とは区別される）がカートリッジ１００を固定するフィルタ組立体内に導入されると、図３および図４に示すように、貫通孔１０７全体にわたって延在する、支持されていないプリーツセクションまたは区域１０４が、開口に強制的に進入して変形する。高圧パルス発生および高圧の持続が長期間にわたるなどの特定の条件下で、この変形を経た場合には、メンブレンが破損するおそれがある。

高差圧の場合、或る力学的な事象が発生する可能性がある。プリーツパック１０３は、亀裂する可能性もないし、あるいは構造的に損なわれる可能性もないが、貫通孔１０７全体にわたって延在する部分１０４のうち、貫通孔１０７を画定するコア壁部分に接触してその上に重なる部分が、穿孔で画定された縁部に押圧されて圧縮される可能性がある。貫通孔１０７全体にわたって支持されていないフィルタ媒体の残部は伸張して、開口の中にまで展開される可能性がある。圧縮された部分における幾つかの細孔は、圧入されて閉塞される場合もあれば、あるいは、有意に歪んで、細孔として機能するのを止める場合もある。展開された部分における他の細孔は、伸長して歪みを生ずる場合があり、結果として、その断面区域が、応力を受けない寸法よりも拡大する可能性がある。そのような歪み事象（発生した場合）によって、フィルタ媒体材料の設計目的および機能が無効になり、細孔径サイズは、個別断面直径の範囲内、且つ断面区域の範囲内で調節される。これにより、所望されない粒子状物質が遊走するのを中断させるバリアとして機能すべきであったフィルタ材料を、そうした粒子状物質に横断的に移動させてしまう可能性を生じうる。そのうえ、圧力が十分に高いレベルに達すると、フィルタ媒体が貫通孔内に突入し、このフィルタ媒体の破局的破損を引き起こすおそれがある。

剛性コアを有さないフィルタデザインでは、プリーツ付きフィルタ媒体のダウンストリーム側が、支持されていないコアとして機能する。低い差圧が印加された場合、コアのないデザインはプリーツパックの効果に影響しない。一方、高差圧が導入されると、プリーツ付きフィルタは、それ自体圧壊して、機能するのを中断する可能性がある。ここで必要とされ、且つ開示されているのは、プリーツ付きフィルタコア支持体である。このプリーツ付きこのフィルタコア支持体によって、フィルタ媒体がコア貫通孔の中に押圧されて圧壊および／または圧縮されるのを防止し、且つ高差圧が印加された際にプリーツ付きフィルタを使用することが可能になる。また、開口が寸法付けされ且つクラスタ化によって高差圧条件下でフィルタ媒体が開口の中に押圧されて圧壊するのを、防止するためのコアも開示されている。本開示の上記ならびに他の態様は、下記の「発明の概要」および「発明を実施するための形態」に記載され、図面に図示されている。

本開示の一態様において、フィルタ媒体は、保護用コアラップ形態の多孔質材料の周りに固定されている。コアラップは、実質的に剛性のコアに固定されていて、多孔質フィルタ支持体バリアを形成する。この多孔質フィルタ支持体バリアは、構造支持をフィルタ媒体（特に、フィルタ媒体における支持されていない区域）に供給し、フィルタ媒体がコア内に形成された開口または貫通孔の中に遊走するのを食い止めて、フィルタ媒体を通過した流体を、コアに進入させるとともにフィルタ組立体から退出させる。多孔質材料は、ネッティング材料、不織布材料、または任意の他の材料である場合があり、これらの材料は、コアに巻き付き且つコアの周りに畳重することによって、濾過媒体に対して追加的な支持を供給できるようにしている。保護用コアラップを構成するのに使用される材料は、プリーツ支持体と同じである場合もあれば、あるいは流体流れの実質的なインピーダンスまたは制限はいっさいなしに構造支持をフィルタ媒体に供給する任意の材料、例えば、ナイロンである場合もある。

本開示の別の態様において、フィルタコアを構成する開口は、現在利用可能なカートリッジコア内の開口と比較してサイズが有意に減じられている。コア開口または貫通孔のサイズを減じることによって、コア開口上の支持されていないメンブレンのスパンが、有意に減じられる。これにより、構造的に支持されていない小区域全域にわたって、フィルタ媒体の自然剛性および引張り強さ特性が制御され、コア壁の貫通孔への進入に抵抗する。１つの手法は、使用された材料の強度および／または構造物の特性（その厚さなど）に対して相対的に、貫通孔の寸法を制限することによって、約３０ｐｓｉ程度またはそれ以上の比較的高い差圧に耐えるようにすることである。

本開示の更なる態様において、フィルタコアは、貫通孔、スロットまたは他の規則的および不規則的な幾何学的形状の開口であって、現在利用可能なカートリッジコア内に形成された開口より寸法が小さい、且つ／あるいはその開口とは幾何学的に異なる開口から構成される。貫通孔は、コア上に離間して形成された畝部によって位置関係的に（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｌｙ）画定される。畝部の幅および間隔の変化に伴って、貫通孔の寸法を変化がする場合がある。代替実施形態において、フィルタコアは、均等に離間された穿孔パターンを有する現在利用可能なカートリッジコアとは異なるクラスタパターン内に形成された開口から形成されている。また、修正されたコアは多孔質材料で包まれ、透過性の構造支持・保護用コアラップを形成している。保護用コアラップ付きフィルタコアにおける開口サイズおよび／または幾何学的形状の縮小（ならびに／あるいは開口クラスタパターンの変更）の組み合わせによって、フィルタ媒体からフィルタコアへの動的な流体の流れを有意に減少させることなしに、フィルタ媒体に対する支持が最適化される。

開示された実施形態のいずれかにおいて、フィルタカートリッジのフィルタ媒体が、高差圧下で圧壊、破壊または破損に抵抗する能力は、現在利用可能なカートリッジフィルタと比較して、有意に増強されている。本開示の上記ならびに他の態様は、添付の図面および詳細な説明を考察することによって、明らかになるであろう。

低圧力または無圧力条件下にある、関連技術のフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図１に示す関連技術のフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ組立体の端面断面図である。高圧条件下にある、図１に示す関連技術のフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図３に示す関連技術のフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。本開示の一実施形態による、コアラップ低圧力または無圧力下にある、フィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図５に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。高圧下にある、図５に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図７に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。本開示の別の実施形態による、低圧力または無圧力下にある、貫通孔の直径が縮小されたフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図９に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。高圧下にある、図９に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図１１に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。本開示の更なる実施形態による、縮径のコア貫通孔およびコアラップ低圧力または無圧力下にある、フィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図１３に示す高圧下にあるフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。図１３に示す高圧下にあるフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面断面図である。図１５に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の端面断面図である。関連技術のフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面立面図である。図９〜図１２に示すフィルタケージ／プリーツ付きフィルタ媒体組立体の側面立面図である。本開示の一実施形態による、半島状突起物セクションを有する貫通孔の上面図である。本開示の別の実施形態による、２つの半島状突起物セクションを有する貫通孔の上面図である。本開示の更に別の実施形態による、４つの半島状突起物セクションを有する貫通孔の上面図である。本開示の更なる実施形態による、複数の半島状突起物セクションを有する貫通孔の上面図である。本開示のなお更なる実施形態による、フィルタコアの側面立面図である。図２３に示すプリーツパックがコアの周りに固定されたフィルタコアの上面図である。

図５〜図８を参照すると、本開示の一態様において、図示されているフィルタカートリッジは、全図面共通に２００と呼称され、プリーツ付き濾過媒体の端部に固定された末端キャップ２０１を具備するか、または全図面共通に２０３と呼称されているプリーツパックを具備する。内径に沿ってプリーツパックを支持しているのが、コア２０２である。第１の一連のプリーツ折り目の頂点２０５は、線分として表され、プリーツパック２０３の長手方向軸と実質的に平行に、プリーツパック２０３の内径を全体的に画定して、コア２０２の壁の外面（または、コアがそのように構成されているときは畝部に対し放射状に投射して）に対して見当合わせされる。第２の一連のプリーツ折り目の頂点２０６はまた、線分として表され、プリーツパック２０３の長手方向軸と実質的に平行して、プリーツパック２０３の外側断面外周を全体的に画定している。

コア２０２は、プリーツパック２０３に対して構造支持の機能を果たし、カートリッジ内に導入された圧力勾配に抗する。コア２０２は、実質的に円筒状の形状であり（他の形状も取りうるが本開示の範囲内に含まれる）、複数のコアの壁を貫通して延在する貫通孔２０７は、流体が円筒状側壁を貫通して流れるのを可能にしている。フィルタ媒体２０３で処理された流体は、コア２０２の壁で画定されたコア出口２０８から、カートリッジ２００を退出する。当該技術分野において周知されているように、末端キャップ２０１は、両方の端部が開放されていて（貫通孔を有し）、二重の開放端コンフィギュレーションで流体流れを可能にしていることもできるし、あるいは一方の末端キャップを盲目孔（ｂｌｉｎｄｅｄ）にする（すなわち、流れを閉ざす）こともできる。開放末端キャップは、コア出口２０８と流体連通している。

当該技術分野において周知のように、プリーツパック２０３に、１つ以上の任意選択的な支持層または支持構造物（不図示）を具備させ、濾過材料の折り目の間隔を保護し且つ維持することによって、プリーツへの流れを改善することが可能である。一部の実施形態では、任意選択的なカートリッジケージ（不図示）が使用される場合もある。このケージは、内部にプリーツパック２０３が固定されている剛性の支持構造物であり、プリーツパック２０３の外径または外周表面を保護し且つ支持している。この保護は、内径を画定する第１のプリーツ折り目の頂点２０５に対してコア２０２が施す保護に類似している。ケージは、カートリッジ２００への流体の自由な流れを可能にしている開放構造を有する。

フィルタ媒体またはプリーツパック２０３には、貫通孔２０７上に位置するので、コア２０２の剛性構造物によって支持されていない部分がある。これらの支持されていない区域は、フィルタ媒体セクション２０４と呼ばれる。差圧が比較的高い場合（例を挙げると約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）、幾つかのフィルタ媒体の実施形態では、フィルタ媒体セクション２０４が歪みを生じて、貫通孔２０７の中にまで展開される可能性がある。十分に高い差圧が印加されると、セクション２０４は、幾つかの形態の構造支持を追加することなしに断裂する可能性がある。当然のことながら、圧力のパラメータおよび高い圧力と見なすべき値は相対的であり、プリーツパック２０３を構成するのに使用される特定の材料に依存する。各材料は、それ自身の強度特性を有し、その強度特性に基づいて、特定の高差圧環境による歪みまたは断裂に抵抗する。貫通孔を有するコアの周りに配設されたフィルタ媒体における支持されていない区域に関して、本開示では、さまざまなフィルタ媒体の圧力抵抗特性を制御するための構成を網羅している。

本開示の一態様では、プリーツパックの歪みという問題に対処するために、コア２０２の周りにコアラップ２１２を固定する。コアラップ２１２は、貫通孔２０７の断面直径より狭い間隔を置いてひも材セグメントが配置された、半剛性または剛性のネット状構造である。任意の所与の貫通孔に関しては、ひも材の少なくとも１つのセグメントが、貫通孔を少なくとも部分的に縦走し、あらかじめ支持されていないフィルタ媒体セクション２０４に対して構造支持を供給する。貫通孔２０７全体にひも材セグメント交差部が位置していて、流動力学を有意に損なうことなしに、必要とされる支持が供給されることが理想的である。これを達成するためには、ラップ２１２をコア２０２上に配置してはならず、貫通孔２０７をひも材セグメントで完全に閉塞しないようにする必要があるとともに、ひも材セグメントとひも材セグメントの幅との間隔を、隣接する貫通孔が完全には閉塞されることのないよう、あくまで部分的に閉塞されるように設定する必要がある。

貫通孔２０７の位置に対して相対的なラップ２１２の配向、ならびにひも材セグメントの幅および間隔を調整することによって、流体流れの低減が許容範囲内に収まっているかを比較考量したうえで、プリーツパックの歪み防止に必要とされる構造支持の量を最小限に抑えて供給できる。しかも、ひも材セグメントの幅、厚さおよび間隔は、寸法の異なる貫通孔に適合するように調整できる。セグメント間隔を広げること（貫通孔の直径が比較的大きいコア）が要求される用途では、必要な支持を供給する目的から、ひも材セグメントの厚さおよび幅を増やす場合がある。当然のことながら、ラップひも材セグメントの幅、厚さおよび／または間隔に対して何らかの修正が施された場合は、それを変更して、本開示の範囲および趣旨内にあり続けるようにすることができる。

コアラップ２１２は、濾過支持体に使用される材料から構成される場合があり、ネット、スクリーン、織布材料、不織布材料、巻線状ストリング、押し出し材料およびメンブレン、ならびに当該技術分野において周知の他の任意の材料で、濾過媒体支持体、ネッティング、不織布、または他の多孔質材料として使用される材料を具備する。コアラップ２１２は、以下の材料から構成される場合がある。:１）ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエーテルサルフォン、ポリフッ化ビニリデン、およびポリテトラフルオロエチレンなどのポリマー類；２）ステンレス鋼などの金属類；および／または３）当該技術分野において周知の他の任意の材料で、ネッティング、織布、不織布として使用される材料、または他の多孔質材料。

コアラップ２１２は、コア２０２内の孔を完全に閉塞することなしに部分的にスパニングすることによって、動的な流体の流れをいっさい機能的に有意に損なうことなく、プリーツパック２０３に対して追加的な支持を供給する。図１に示す支持されていないフィルタ媒体セグメント１０４とは異なり、支持されていないフィルタ媒体セクション２０４は、高差圧（約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）下で、実質的に変形することもないし、あるいは貫通孔２０７の中に遊走することもなく済む。図５を再び参照すると、コアラップ２１２が存在する場合、濾過媒体セクション２０４に対して追加的な支持が供給され、局所的な変形、および支持されていないフィルタ媒体セグメント２０４の断裂が防止される。結果的に、カートリッジ２００は、従来のカートリッジ１００に比べて、高差圧条件下での堅牢性が強化されている。図５および図６に、低または中程度の差圧条件（すなわち、圧力約０ｐｓｉ〜約５ｐｓｉ）の下に置かれたカートリッジ２００を示す。図示されているように、プリーツパック２０３および支持されていないフィルタ媒体セクション２０４は、特に実質的に変形することもなく済むし、あるいは貫通孔２０７の中にまで伸長して機能性を失うこともなく済む。図７および図８に示すように、高差圧条件（すなわち、圧力約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）においても同様に、プリーツパック２０３および支持されていないフィルタ媒体セクション２０４は、実質的に変形することもなく、あるいは貫通孔２０７の中にまで伸長することもなく済む。この事態の発生は、コアラップ２１２による追加的な構造支持によって防止されている。

ここで図９〜図１２および図１８を参照すると、本開示の別の態様において、全図面共通に３００と呼称されているフィルタカートリッジは、図５〜図８に示すフィルタカートリッジ２００と類似した機能を備えている。相違する点は、コア３０２が異なっていることと、２１２に似たコアラップは存在していないことである。コア３０２は、コア２０２に類似しているが、その貫通孔３０７の断面直径または長さは、コア２０２の貫通孔のそれよりも小さい。貫通孔３０７の断面直径または長さは、約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に及び、コアの外側壁面から半径方向外向きに延在しているコアの周辺に形成された環状畝部で画定されている。

図５〜図８に示すコアラップ２１２の機能と同様、コア３０２の貫通孔の直径が縮小された結果、カートリッジ３００は、標準的なカートリッジ１００に比べて、高差圧条件下での堅牢性が強化されるようになった。コア３０２の貫通孔を小径にすると、ラップ２１２と同じ機能が実行される。すなわち、プリーツパック（全図面共通に３０３と呼称されている）を構成するのに使用される材料の強度が、フィルタ媒体の機能にかなりの歪みまたは破損をいっさい生ずることなしに、高差圧環境（約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）に耐えるのに十分な程度まで、穿孔のスパンが減じられる。一実施形態では、貫通孔の寸法を、使用された材料の強度および／または構造物の特性（その厚さなど）に対して相対的に制限することによって、約３０ｐｓｉ程度またはそれ以上の比較的高い差圧に耐えるようにしている。

代替実施形態では、コアの支持構造物から、フィルタ媒体における支持されていないセクションまでの距離が減じられるように、貫通孔の一般形状を改変することができる。図２０に示す一実施形態において、半島状突起物３０８は、貫通孔３０７’を画定しているコア壁の部分から貫通孔の中心区域へと延在して形成されていて、貫通孔の中心点Ｘと貫通孔の外周のセクションとの間の半径方向距離を減じている。これにより、フィルタ媒体において支持されていないセクションがある場合はそのセクションの方が、半島状構造物を持たない円形貫通孔上の支持されていないセクションよりも、剛性の支持構造物に近づくことが保証される。本明細書中で、一実施形態において符号付きの数字で参照される要素は、他の実施形態において同じ符号なしの数字でまたは別の符号付きの数字で参照される要素に対応している。

複数の半島状構造物を含めることによって、コアの剛性支持構造物から、フィルタ媒体における支持されていないいずれか１つのセクションまでの距離を更に減ずることができる。図１９、図２１および図２２に、追加的な代替の貫通孔コンフィギュレーション３０７”、３０７’’’および３０７^ＩＶのそれぞれを示す。これらのコンフィギュレーションを使用することによって、外周が修正された特定の寸法の丸い貫通孔の同じ区域を維持しながら、全径を拡大することによって、丸い貫通孔で表された支持されていない区域に対して相対的に、支持されていない区域のサイズを縮小できる。当然のことながら、他の規則的および不規則的な幾何学的形状を使用して貫通孔を形成し、剛性の支持構造物から、フィルタ媒体における任意の支持されていないセクションまでの、半径方向距離を短縮することができる。そのような形状はまた、非対称形状も備える場合がある。

また、貫通孔の壁を修正することも可能である。貫通孔の壁は、円筒状コア上の貫通孔位置に接する平面に対して直角をなすように配向させることができる。また、本明細書中に開示されているように、比較的高い差圧および作動圧力に曝露されたときに、コアの一方または両方の表面もしくは側面上の壁に対しても面取りまたはＲ曲げ加工を施して縁部を平滑化することで、フィルタ媒体が貫通孔壁に衝突して亀裂する可能性を低減できる。

フィルタカートリッジ組立体３００の一般構造物に戻って説明すると、プリーツパック３０３は、プリーツパック２０３と同じ機能を有する。プリーツパック３０３の端部は、開放端または閉鎖端でありうる末端キャップ３０１に固定されている。一連の折り目またはプリーツによって、第１の一連の実質的に線形の内側頂点３０５および第２の一連の実質的に線形の外側頂点３０６が生じ、これらの頂点によって、プリーツパックの内側断面直径および外側断面外周がそれぞれ画定される。第１の組（ｓｅｔ）は、貫通孔３０７上に懸架された支持されていないセグメント３０４を持つコア３０２に対して見当合わせされる。

図９および図１０に示すように、低または中程度の差圧条件（すなわち、圧力約０ｐｓｉ〜約５ｐｓｉ）の下では、支持されていないセクション３０４は変形することもないし貫通孔３０７の中に押圧されて圧壊されることもなく済む。同様に、図１１および図１２に示すように、比較的高い差圧条件（すなわち、圧力約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）の下では、支持されていないセクション３０４は変形することもなく貫通孔３０７の中に押圧されて圧壊されることもなく済む。

ここで図１３〜図１６を参照すると、本開示の別の態様において、全図面共通に４００と呼称されているフィルタカートリッジが備える機能は、図５にカートリッジ２００に関して示す機能に類似しているが、図５〜図８および図９〜図１２に示す諸機能を兼ね備えることで、圧力抵抗能力をいっそう強化したフィルタカートリッジデザインを実現している。カートリッジ４００は、全図面共通に４０３と呼称されているプリーツパックを具備し、このプリーツパックは、末端キャップ４０１に固定されている。本明細書中に開示されている他のフィルタカートリッジの実施形態に関して開示されているように、末端キャップ４０１は、開放端である（すなわち、少なくとも１つの貫通孔を有する）場合もあれば、または閉鎖端である場合もある。開放端である場合、末端キャップは、フィルタカートリッジの外部と下記に開示されているコアで画定された出口との間の、流体連通を可能にしている。

プリーツパック４０３は、本明細書中に開示されているいずれかの材料から構成され、他の開示されたプリーツパックをも構成する。プリーツパック４０３はまた、プリーツ付きフィルタ構成に対して一般に使用される追加的な支持構造物も備える場合があるフィルタ媒体において互い違いの折り目またはプリーツは、プリーツパックの長手方向軸と実質的に平行に整列配置された実質的に線形の頂点を画定し、フィルタカートリッジ２００に関して開示されているように、一連の内側頂点４０５および一連の外側頂点４０６を形成している。内側頂点４０５は、下記に開示されているコアに対して見当合わせされる。

コア４０２は、末端キャップ４０１間に延在し、断面直径が約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に及ぶ一連の縮径または縮長の貫通孔４０７で形成されている。比較対照的に、図１７に示す関連技術のコアは、長さが約４ｍｍの直方体の貫通孔を有する。貫通孔は、例えば、行と列、螺旋、斜線などの任意のパターンで配置することもできるし、また、クラスタ化して配置することによって、コアのセグメントを貫通孔のないものにすることもできる。貫通孔全体にわたって延在するプリーツパック４０３の部分は、支持されていないセクション４０４と呼ばれる。コア出口４０８は、コア４０２で画定される。

コアラップ４１２は、コア４０２の周りに配設されるか、またはそのコアの周りに重畳される。コアラップ２１２と同様、コアラップ４１２は、半剛性または剛性のネット状構造であり、貫通孔４０７の断面直径より狭い間隔を置いて、ひも材セグメントが配置されている。任意の所与の貫通孔に関しては、ひも材の少なくとも１つのセグメントが、貫通孔を少なくとも部分的に縦走し、あらかじめ支持されていないフィルタ媒体セクション４０４に対して構造支持を供給する。縮径の貫通孔４０７全体にひも材セグメント交差部が位置していて、流動力学を有意に損なうことなしに、必要とされる支持が供給されることが理想的である。これを達成するには、カートリッジフィルタ組立体２００の場合と同様に、ラップ４１２をコア４０２上に配置してはならず、貫通孔４０７をひも材セグメントで完全に閉塞しないようにする必要があるとともに、ひも材セグメントとひも材セグメントの幅との間隔を、ひも材セグメントに隣接する貫通孔が完全には閉塞されることのないよう、あくまで部分的に閉塞されるように設定する必要がある。

貫通孔４０７の位置に対して相対的なラップ４１２の配向、ならびにひも材セグメントの幅および間隔を調整することによって、流体流れの低減が許容範囲内に収まっているかを比較考量したうえで、プリーツパックの歪み防止に必要とされる構造支持の量を最小限に抑えて供給できる。この貫通孔は縮径状態にあるので、期待するところでは、支持されていないセクション４０４の変形または貫通孔４０７内への遊走を防ぐのに十分な支持をプリーツパック４０３に供給するのに必要とされる閉塞が、大径の貫通孔で構成されたフィルタカートリッジ組立体に必要とされる２００よりも少なくて済む。そのうえ、フィルタカートリッジ２００と同様に、コアラップ４０７のひも材セグメントの幅、厚さおよび間隔は、寸法の異なる貫通孔に適合するように調整できる。大きなセグメント間隔が要求される用途では、ひも材セグメントの厚さおよび幅を増分しない限り、必要な支持を供給できない可能性がある。当然のことながら、ラップひも材セグメントの幅、厚さおよび間隔に対して何らかの修正が施された場合は、それを変更して、本開示の範囲および趣旨内に維持できる。

コアラップ４１２は、コアラップ２１２に関して開示された材料と同じ材料から構成される場合がある。フィルタカートリッジ組立体が高差圧条件に曝露された際に、縮径の貫通孔と連結されたコアラップ４１２による追加的な構造支持によって、全体的なフィルタ媒体支持およびパフォーマンスを向上させる。カートリッジ４００は、諸機能を兼備することによって、２００または３００フィルタカートリッジの実施形態に比べて、高差圧条件下での堅牢性を強化し、標準的なカートリッジ１００に比べた場合にも格段に堅牢性を高めるようになる。

この諸機能兼備型の実施形態では、流体流れに利用可能な貫通孔の断面直径を、ラップ４０５内のウエブ間隔で画定することが可能である。この画定が可能となるのは、ひも材セグメント間隔が貫通孔４０７の断面直径より小さい場合である。同じ動的力学は、断面直径が約４ｍｍである標準的なサイズの貫通孔に適用されることを理解されたい。

図１３図および図１４に、低または中程度の差圧条件（すなわち、圧力約０ｐｓｉ〜約５ｐｓｉ）の下にあるカートリッジ４００を示す。図示されているように、プリーツパック４０３および支持されていないフィルタ媒体セクション４０４は、特に変形することもないし、あるいは縮径の貫通孔４０７の中にまで伸長することもなく済んでいる。図１５および図１６に示すように、高差圧条件（すなわち、圧力約３０ｐｓｉ〜約８０ｐｓｉ）の下では、プリーツパック４０３および支持されていないフィルタ媒体セクション４０４はまた、変形することもないし、あるいは貫通孔４０７の中にまで伸長することもなく済む。

本開示のなお更なる態様において、図２３および図２４に示すように、全図面共通に５０２と呼称されているコアは、均等に離間された穿孔パターンを有する現在利用可能なカートリッジコアとは区別されるクラスタパターンで形成された貫通孔で構成されている。図示されているように、貫通孔５０７は、複数のカラム５２０内にクラスタ化されている。第２の一連の貫通孔のないカラム５２２は、カラム５２０と互い違いのパターンで配置されている。カラム５２２は、フィルタ媒体内側頂点５０５に対して構造支持を供給し、内側頂点５０５の厚さに対応しうる幅を有する。また、カラム５２２の個数は、内側頂点５０５の個数に対応している。カラムは、コア５０２の長手方向軸と平行に、あるいはスパイラル、クロススパイラルなどのようなさまざまなコンフィギュレーションで配向させることができる。カラムの数および間隔は、内側頂点５０５の数および厚さが異なるプリーツパック５０３に対して調整することが可能である。これらの開示されたコンフィギュレーションを有するカラム５２０上には、外側頂点５０６が配置されているべきである。更なる実施形態において、コア５０２およびプリーツパック５０３に固定されたフィルタ末端キャップ（不図示）は、対応するキー設定済みのセクションで構成して、貫通孔のないカラム５２２の内側頂点５０５に合わせて整列配置できる。

コアラップ２１２などのコアラップは、この実施形態には必要ないが、コア５０２の周りに配設されるか、またはその周りに重畳される場合がある。コアラップは、貫通孔５０７の断面直径より狭い間隔を置いてひも材セグメントが配置された、半剛性または剛性のネット状構造でありうる。所与の貫通孔のいずれかに対して、ひも材の少なくとも１つのセグメントは、貫通孔を少なくとも部分的に縦走し、内側頂点５０５に対して構造支持を供給する。プリーツパック５０３がコア５０２に対して相対的に回転可能にシフトするかまたは並進した場合、結果として、カラム５２２はもはや内側頂点５０５に合わせて整列配置されなくなる。貫通孔５０７全体にひも材セグメント交差部が位置していて、流動力学を有意に損なうことなしに、必要とされる支持が供給されることが理想的である。これを達成するためには、カートリッジフィルタ組立体２００の場合同様に、ラップをコア５０２上に配置してはならず、貫通孔５０７をひも材セグメントで完全に閉塞しないようにする必要があるとともに、ひも材セグメントとひも材セグメントの幅との間隔を、ひも材セグメントに隣接する貫通孔が完全には閉塞されることのないよう、あくまで部分的に閉塞されるように設定する必要がある。

本開示は、それらの幾つかの実施形態に関して述べてきたが、本開示の本来の趣旨および範囲を逸脱することなく、多くの変更および修正を施すことができることは、当業者に明らかであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような全ての変更および修正を、本開示の本来の趣旨および範囲内にあるものとして網羅することを意図したものである。下記の特許請求の範囲を、新規性があるものとして請求し、且つ米国専売特許証（ＵｎｉｔｅｄＳｔａｔｅｓＬｅｔｔｅｒｓＰａｔｅｎｔｓ）による保証を得ることを所望する。

Claims

フィルタカートリッジ組立体であって、
フィルタ室を画定しているフィルタカートリッジケージと、
内側の一連の折り目と外側の一連の折り目とを含んだ互い違いの折り目を有する前記フィルタ室内に固定されたプリーツ付きフィルタ組立体であって、前記プリーツ付きフィルタ組立体が上端部と底端部とを有し、前記２つの端部間の距離が、前記プリーツ付きフィルタ組立体の軸長さを画定し、前記フィルタ組立体が長手方向軸を有し、且つ各々の折り目が、前記長手方向軸と実質的に平行な実質的に線形の頂点を画定する、プリーツ付きフィルタ組立体と、
出口を画定するコア壁を有するフィルタコアであって、前記フィルタコアが、前記プリーツ付きフィルタ組立体で囲繞された前記フィルタカートリッジ内に固定され、前記内側の一連の折り目の頂点が、前記コア壁に対して見当合わせされ、前記フィルタコアが出口を画定し、且つ前記コア壁が、外周形状が修正された複数の貫通孔を画定する、フィルタコアと
を含むフィルタカートリッジ組立体。
前記フィルタコアの周りに畳重されたコアラップであって、前記ラップが、離間されたひも材セグメントを含み、前記ひも材セグメントの少なくとも幾つかの部分が、前記複数の貫通孔を部分的に閉塞して、前記貫通孔の機能的な断面直径または長さを減じる、コアラップを更に含む、請求項１に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、前記末端キャップのうちの少なくとも１つは開放末端キャップであり、前記少なくとも１つの末端キャップが、前記コア出口との流体連通を可能にしている少なくとも１つのキャップ貫通孔（ｃａｐｔｈｒｏｕｇｈ−ｂｏｒｅ）を有する、請求項２に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、両方の末端キャップが、開放末端キャップであり、前記末端キャップのうちの少なくとも１つが、前記コア出口との流体連通を可能にしている少なくとも１つの貫通孔を有する、請求項２に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエーテルサルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択されるフィルタ媒体から構成される、請求項１に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記コア貫通孔の断面直径または長さが、前記プリーツ付きフィルタ組立体の構成に使用される材料の厚さ未満に制限される、請求項１に記載のフィルタカートリッジ。
前記貫通孔の外周が、前記貫通孔外周から貫通孔の中心点の方へ向かって内側に延在する少なくとも１つの半島状突起物を含んだ、規則的および不規則的な幾何学的断面形状で形成される、請求項１に記載のフィルタカートリッジ組立体。
フィルタカートリッジ組立体であって、
フィルタ室を画定しているフィルタカートリッジケージと、
内側の一連の折り目と外側の一連の折り目とを含んだ互い違いの折り目を有する前記フィルタ室内に固定されたプリーツ付きフィルタ組立体であって、前記プリーツ付きフィルタ組立体が上端部と底端部とを有し、前記２つの端部間の距離が、前記プリーツ付きフィルタ組立体の軸長さを画定し、前記フィルタ組立体が長手方向軸を有し、且つ各々の折り目が、前記長手方向軸と実質的に平行な実質的に線形の頂点を画定する、プリーツ付きフィルタ組立体と、
出口を画定するコア壁を有するフィルタコアであって、前記フィルタコアが、前記プリーツ付きフィルタ組立体で囲繞された前記フィルタカートリッジ内に固定され、前記内側の一連の折り目の頂点が、前記コア壁に対して見当合わせされ、前記フィルタコアによって出口が画定され、且つ前記コア壁によって複数の貫通孔が画定されている、フィルタコアと
前記フィルタコアの周りに畳重されたコアラップであって、前記ラップが、離間されたひも材セグメントを含み、前記ひも材セグメントの少なくとも幾つかの部分が、前記複数の貫通孔を部分的に閉塞して、前記複数の貫通孔の機能的な断面直径または長さを減じる、コアラップと
を含む、フィルタカートリッジ組立体。
前記ひも材セグメントの幅が、前記貫通孔の断面直径または長さよりも小さい、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記ひも材セグメントの幅が、前記貫通孔の断面直径または長さと等しいかまたはそれより大きい、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記コアラップが、ネット、スクリーン、織布材料、不織布材料、巻線状ストリング、押し出し材料、メンブレンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択される材料から構成される、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、前記末端キャップのうちの少なくとも１つは開放末端キャップであり、前記少なくとも１つの末端キャップが、前記コア出口との流体連通を可能にしている少なくとも１つのキャップ貫通孔（ｃａｐｔｈｒｏｕｇｈ−ｂｏｒｅ）を有する、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記フィルタコアが、前記フィルタコア上に離間して形成された複数の畝部を更に含み、前記複数の畝部の各々が、画定された幅を有し、前記畝部の間隔が、前記複数の貫通孔の寸法を画定する、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ナイロン、ポリエーテルサルフォン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンおよびこれらの組み合わせからなる群から選択されるフィルタ媒体から構成される、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記貫通孔の外周が、前記貫通孔外周から貫通孔の中心点の方へ向かって内側に延在する少なくとも１つの半島状突起物を含んだ、規則的および不規則的な幾何学的断面形状で形成される、請求項８に記載のフィルタカートリッジ組立体。
フィルタカートリッジ組立体であって、
フィルタ室を画定しているフィルタカートリッジケージと、
内側の一連の折り目と外側の一連の折り目とを含んだ互い違いの折り目を有する前記フィルタ室内に固定されたプリーツ付きフィルタ組立体であって、前記プリーツ付きフィルタ組立体が上端部と底端部とを有し、前記２つの端部間の距離が、前記プリーツ付きフィルタ組立体の軸長さを画定し、前記フィルタ組立体が長手方向軸を有し、且つ各々の折り目が、前記長手方向軸と実質的に平行な実質的に線形の頂点を画定する、プリーツ付きフィルタ組立体と、
出口を画定するコア壁を有するフィルタコアであって、前記フィルタコアが、前記プリーツ付きフィルタ組立体で囲繞された前記フィルタカートリッジ内に固定され、前記フィルタコアによって出口が画定され、前記コア壁が、複数の貫通孔カラム内にクラスタ化された複数の貫通孔を画定し、前記複数の貫通孔カラムの各々が、貫通孔のないカラムを介して前記他の貫通孔カラムから離間され、前記内側の一連の折り目の頂点の各々が、前記貫通孔のないカラムのうちの１つに対して見当合わせされる、フィルタコアと
を含むフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、前記末端キャップのうちの少なくとも１つは、前記フィルタコアの一部分にキー設定された部分を有し、それによって前記内側の一連の折り目の頂点を前記貫通孔のないカラムに合わせて整列配置する、請求項１６に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、前記末端キャップのうちの少なくとも１つは開放末端キャップであり、前記少なくとも１つの末端キャップが、前記コア出口との流体連通を可能にしている少なくとも１つのキャップ貫通孔（ｃａｐｔｈｒｏｕｇｈ−ｂｏｒｅ）を有する、請求項１６に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記プリーツ付きフィルタ組立体の端部に固定された末端キャップを更に含み、両方の末端キャップが、開放末端キャップであり、前記末端キャップのうちの少なくとも１つが、前記コア出口との流体連通を可能にしている少なくとも１つの貫通孔を有する、請求項１６に記載のフィルタカートリッジ組立体。
前記複数の貫通孔の外周が、前記貫通孔外周から貫通孔の中心点の方へ向かって内側に延在する少なくとも１つの半島状突起物を含んだ、規則的および不規則的な幾何学的断面形状で形成される、請求項１６に記載のフィルタカートリッジ組立体。