JP2019141840A - マイクロチャネル流体フィルタ及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】荷電粒子を流体から除去するマイクロチャネル流体フィルタ、及びその使用方法の提供。【解決手段】流体膜は、エンボスフィルム３の上面から延長する複数の分割壁９であって、複数のテーパ状の入口チャネル５を形成する前記複数の分割壁９と；前記複数の分割壁９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６と；前記複数のテーパ状の入口チャネル５の各々のための入口チャネル５と；前記複数のテーパ状の出口チャネル８の各々のための出口チャネル８とを包含する。チャネルの選択された壁は電気的に導電性であり、選択された壁に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を荷電表面に引き付けることで、粒子は除去される。【選択図】図２

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (14)

1. フィルタであって、当該フィルタは、
   入口及び出口を有する円筒形ハウジングと；
   層状構成に積み重ねられた複数のフィルタフィルムであって、前記複数のフィルタフィルムの各々は、
   フィルムのトップエッジから前記フィルムのボトムエッジまで延長する複数の分割壁であって、前記複数の分割壁は、前記フィルムの前記トップエッジから延長するトップ部分と、前記フィルムの前記ボトムエッジから延長するボトム部分と、前記トップ部分と前記ボトム部分との間に位置する中間部分とを有し、前記複数の分割壁は、前記フィルムの前記トップエッジから延長し、且つ、前記複数の分割壁の前記トップ部分及び前記中間部分に沿って位置する、複数のテーパ状の入口チャネルを形成し、前記複数の分割壁は、前記フィルムの前記ボトムエッジから延長し、且つ、前記複数の分割壁の前記ボトム部分及び前記中間部分に沿って位置する、複数のテーパ状の出力チャネルを形成し、前記トップ部分は、前記複数のテーパ状の出力チャネルの端部まで延長し、前記ボトム部分は、前記複数のテーパ状の入口チャネルの端部まで延長する、複数の分割壁と、を含む、複数のフィルタフィルムと；
   前記複数の分割壁の各々の前記トップ部分、前記中間部分、及びボトム部分の全長に沿って形成された複数のクロスチャネルと；
   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；
   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；
   を含み、且つ、
   ここで、前記複数のフィルタフィルムは、前記円筒形ハウジングの前記入口に対して垂直に前記複数の分割壁を配向するように、ロール状構成で前記円筒形ハウジング内に配置される、フィルタ。
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。
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。
4. 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３に記載のフィルタ。
5. 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２に記載のフィルタ。
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。
7. 前記複数のテーパ状の入口チャネルは交互の幅を有する、請求項６に記載のフィルタ。
8. 前記複数の分割壁の各々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。
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ている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。
10. 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に記載のフィルタ。
11. 前記円筒形ハウジングの前記出口は前記円筒形ハウジングの中心に配置されている、請求項１に記載のフィルタ。
12. 中央開口内から前記円筒形ハウジングの前記出口への流体の連通のための径方向経路を形成するため、前記円筒形ハウジングの上部カバー及び前記円筒形ハウジングの下部カバーはそれぞれ中央に刻み目を付けられている(indented)、請求項１１に記載のフィルタ。
13. 前記入口に対して垂直に配向されている前記円筒形ハウジングの上に第２の入口をさらに含む、請求項１２に記載のフィルタ。
14. 前記ロール状構成は、前記複数のフィルタフィルムから同心円状の輪を形成する、請求項１に記載のフィルタ。

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