JP5466809B2 - 完全性試験可能多層濾過装置 - Google Patents
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Description
本願は２００５年１０月１１日に出願された米国特許出願No.60/725,442の優先権を主張し、その出願の内容はその全体が本願に組み込まれる。
本発明は完全性試験をすることができる複数のフィルターまたは薄膜の層を含む装置（または、デバイス）に関連する。詳細に述べると、本発明は、各々が個々に完全性試験をすることができる複数のフィルターまたは薄膜の層を含む装置に関連する。
いくつかのフィルター装置は保持率等の、特定の特性を得るためにサンドイッチ状に挟まれた２つまたはそれ以上のフィルターまたは薄膜の層を含む（例えば、特許文献１参照）。そのような装置において、各層は組立て中や使用中の完全性を維持し、故障を起こさないようにすることは重要である。
通常、完全性試験は空気拡散試験を介して複数の層を含む完成品に対して行われる。この試験は（フィルターが親水性であるか疎水性であるかに依存して、また、完全性試験または同様な試験のために使用される流体に依存して）水、アルコール、またはそれらの混合物等の、適当な液体でフィルター層を浸す。浸された薄膜の一方の側に所定の圧力の空気が適用され、反対側における空気流が測定される。下流側の流れの増加が急激な場合や気圧が低い場合、それはフィルターまたはそれの装置への封止に欠陥があることを示している。
この試験を複数の層の薄膜を備えた装置に使用するときの問題点は、装置の全体的な試験しか実施することができず、試験が全ての層に欠陥があることを示すことしかできないということである。すなわち、特に、最後の層が完全性を有している場合、他の１つの層だけが欠陥を有したとしても、この試験は装置が欠陥を有することが決定的であることを示さないかもしれない。
したがって、一体式の多層装置の薄膜の各層を個々に試験することを可能にする装置が望まれている。本発明はそのような能力を有するフィルター装置を可能にする。
本発明は保持率等の所望の特性を得るために２つまたはそれ以上の濾過層を介した連続的な（または、一連の）濾過を可能にし、かつ、各層の完全性を個々に（または、独立に）試験することが可能な２つまたはそれ以上の別個の濾過層を有する装置に関する。本発明の装置は各層が最終的な装置形状に形成される前に、各層のサブアセンブリー（または、部分的な組立て）を生成し、各層を完全性に対して試験する。
本発明の装置は、各々が１つのフィルター層を含む２つまたはそれ以上の濾過領域から形成される。各領域は１つのフィルター層、並びに該フィルターの第１端部に結合した第１端キャップ、及び該フィルターの第２端部に結合した第２端キャップを有する。これらの領域は、第１領域が第２領域の内側に配置され、（第３領域がある場合）第２領域が第３領域の内側に配置されるような様式で互いに同心状に配置される。各領域は別個に形成され、最終的な組立ての前に個々に、完全性試験が実施される。第１領域は第２領域の内側にスライドさせられ、そして、２つの端キャップが互いに結合されるか、第３の全体的な端キャップに結合されるか、または第３端キャップによって一緒に成型される。
本発明はまた、上述の装置の製造方法を開示する。第１フィルターパック（または、フィルター束）は、好まれるものとして表面領域を増大させるためにひだ付きにされたフィルターであって、好まれるものとして円筒形の形状であり、互いに、液体に対して気密状に結合した２つの垂直方向の縁部分（縫い目）を有するフィルターから形成される。フィルターの第１水平端部は第１端キャップに液体に対して気密状に結合され、フィルターの第２水平端部は第２端キャップに液体に対して気密状に結合される。次に、第１フィルターパックはフィルターを浸し、フィルターの一方の側に適当な圧力で気体を適用し、そしてフィルターの反対側で空気の流れを測定すること等による完全性試験を使用して完全性に対して試験される。また、他の非破壊的な完全性試験が実施されてもよい。完全性試験が正常に完了した後、第２フィルターパック（または、フィルター束）が第１パックと同様な方法で形成される。このパックは互いに同心状に配置されたパックの配置を形成するために第１パックの外径より大きな内径を有する。次に、第２パックは完全性に対して試験され、結果が正常であった場合、２つのパックは最後に、第１パックが第２パックの内側に互いに同心状に配置されるように組立てられる。必要であれば、これら２つの層の周りに付加的な層が同心状に形成されてもよい。
これらの実施例及び他の実施例は以下の詳細な説明及び請求の範囲から当業者にとって明白なものとなるだろう。
本発明は、各層が第１及び第２の端キャップを有し、各層がサブアセンブリー（または、部分的な組立て）において他の層とは別個に形成される２つまたはそれ以上の層を有する多層フィルター装置に関する。フィルター装置はまた、中央の多孔性コア及び排出口を有する。そして、各層には完全性試験が実施され、結果が正常である場合、それらは互いに同心状に組立てられ、液体に対して気密状の装置を形成するために互いに封止される。好まれるものとして、最も外側のフィルター層の外側には外側の多孔性筐体が封止され、筐体に入る全ての流体は排出口から出る前に、各フィルター層及びコアを通って流れる。
図１は２つの層を備えた本発明の第１の実施例を示している。しかしながら、本発明の装置は３つ以上の層から形成されてもよい。第１フィルター層２は好まれるものとして、この分野で周知の縫い合わせ（図示せず）等によって、それの垂直方向の縁部分（図示せず）で封止されている。フィルター層２の上部の水平表面４はポリマー接着、溶剤結合、接着剤、成型等によって第１端キャップ６に封止される。同様に、フィルター層２の底部の水平表面８はポリマー接着、溶剤結合、接着剤、成型等によって第２端キャップ１０に封止される。この実施例において、多孔性コア１２は第１フィルター層の内面を形成しているが、必要であれば、コアは別個の部材であってもよいし、または（後で説明する）排出口端キャップ等の他の部材の一部として形成されてもよい。
示されているように、第１フィルター層２は好まれるものとして円筒形の形状であるが、楕円、三角形、または多角形等の他の断面形状が使用されてもよい。好まれるものとして、フィルター層２は有効な表面領域を増大させるためにひだ付きである。
第１フィルター層２の外側には第２フィルター層２０が同心状に配置されている第２フィルター層２０は好まれるものとして円筒形の形状であるが、楕円、三角形、または多角形等の他の断面形状が使用されてもよく、好まれるものとして、第１フィルター層２と同じ形状を有する。好まれるものとして、第２フィルター層２０は有効な表面領域を増大させるためにひだ付きである。第２フィルター層２０は好まれるものとして、この分野で周知の縫い合わせ（図示せず）等によって、それの垂直方向の縁部分（図示せず）で封止されている。第２フィルター層２０の上部の水平表面２２はポリマー接着、溶剤結合、または接着剤等によって第１端キャップ２４に封止される。同様に、第２フィルター層２０の底部の水平表面２６はポリマー接着、溶剤結合、または接着剤等によって第２端キャップ２８に封止される。好まれるものとして、多孔性スペーサー層３０は第２フィルター層２０の内面に隣接して配置され、上部及び底部の端キャップ２４及び２８に封止される。
示されているように、第１フィルター層２の第１及び第２の端キャップ６及び１０の内側の縁はコア１２の対応する外側の面に液体に対して気密状に封止される。第２フィルター層２０の上部及び底部の端キャップ２４及び２８の内側の縁は第１フィルター層２の対応する第１及び第２の端キャップ６及び１０の外側の面に液体に対して気密状に封止される。多孔性カートリッジ筐体３２は第２フィルター層２０の外側に同心状に配置され、第２フィルター層２０の端キャップ２４、２８の外側の縁部分に液体に対して気密状に封止される。上部の閉じたカートリッジ端キャップ３４は筐体３２、及び第１及び第２のフィルター層２、２０の上部の端キャップ６、２４に封止される。排出口３８を有する底部のカートリッジ端キャップ３６は、カートリッジを完成させるために、筐体３２、及び第１及び第２のフィルター層２、２０の底部の端キャップ１０、２８に封止される。
この構成において、筐体３２に入った液体はコア１２に入る前に第２及び第１のフィルター層２０、２を通って流れ、排出口３８を通ってフィルター装置から排出される。
上述したように、本発明は各層が１つ前の層の外側に同心状に配置され、組立てられる３つ以上の層を有してもよい。最も外側のフィルター層が形成され、外部の多孔性筐体に封止された後、上部及び底部のカートリッジ端キャップが適用される。
本発明の装置の製造方法はサブアセンブリーとして、少なくとも１つのフィルター材料及び上部及び底部の端キャップを備える第１層を形成することを含む。必要であれば、コアはサブアセンブリーの内壁として備えられてもよいし、別個の部材として備えられてもよいし、または底部のカートリッジ端キャップの一部として組み込まれてもよい。次に、第２層及び（必要であれば）付加的な層が上部及び底部の端キャップと共にフィルターのサブアセンブリーとして同様に形成される。好まれるものとして、付加的なサブアセンブリーの各々は内壁として多孔性スペーサーまたは支持層を有する。
外側の層の内径はそれの内側の層の（または、第１フィルター層の場合、コアの）外径と実質的に同じ大きさであるか、または（（後で説明される）使用される封止方法に依存して）外径より僅かに小さい。好まれるものとして、サブアセンブリーが一緒に組立てられるとき、それらは隣接する総の間にわずかな締りばめを有する。この構成により、サブアセンブリーの間には密接した嵌合が得られ、互いに液体に対して気密状に封止される。
各層は完全性に対して個々に試験することができるので、上述したような空気／水拡散試験等の従来の多様な試験を使用することができる。そのような試験において、薄膜は浸され、所定の圧力または圧力範囲で薄膜の一方の側から気体が適用される。そして、層が完全性を有しているか、またはピンホールや封止の欠陥等の欠陥を有しているかを決定するために、薄膜の反対側において気体の流れが測定される。
あるいは、本願（の優先権主張日）と同日に出願されたJohn Lewnardによる「Methods and Systems for Integrity testing of Porous Materials」に開示されているバイナリーガス試験等の、より複雑で感度の高い試験が使用されてもよい。この試験において、選択されたフィルター層は使用されるバイナリーガス（または、一対のガス）に対して適当な液体によって浸される。例えば、選択されたガスに依存して、水、アルコール、水とアルコールの混合物、または同様物が使用されてもよい。２つのガスは、一方が選択された液体に対して高い溶解性を有し、他方が同じ液体に対して低い溶解性を有するように選択される。（制限ではないが）選択されたガスは二酸化炭素、フレオン、六フッ化硫黄または他の過フルオロガス、貴金属、及び同様物を含む。図２Ａ−２Ｃに示されているように、バイナリーガスの混合物は互いに対して予め決められた量で導入され、検出されたガス流の各ガスの相対的な量のシフトが存在するかを決定するために、フィルター層の下流側のガスクロマトグラフまたは質量分析計等の検出装置によって片方または両方のガスの量が測定される。そして、測定されたガスの量がシステムに最初に加えられたガスの予め決められた量と異なる場合、欠陥が検出されたことになる。濃度に差が無い場合、層は完全性を満足していると決定される。ここで、多孔性材料に対する完全性とは欠陥を有さないことを意味する。また、予め決められた量は、例えば、与えられた温度及び圧力において、完全性を有する、浸された多孔性材料を介して拡散することが予測された（または、計算された）ガスの量であってもよい。また、与えられた温度及び圧力は試験が実施される温度及び圧力であってもよい。
本発明に適用可能な、完全性を試験するためのもう１つの方法は米国特許No.5,282,380及びNo.5,457,986に開示されているような、液−液ポロメトリー試験を使用することである。
しかしながら、この完全性試験の方法は本発明にとって重要ではない。また、完全性に対する適当な数値を与え、装置に対して有害でない他の全ての方法も本発明に対して使用することができる。
全ての層が作製され、正常に試験された後、それらは組立てられる。最も簡単な方法は単に、第１層を第２層の中空の中央部にスライドさせ、（第３層がある場合）それらの結合物をさらに、第３層にスライドさせるような方法である。層の各組は（次の層がある場合）次の層を加える前に互いに封止されてもよいし、または、全ての層が一度に封止されてもよい。プラスチックを封止するための多様な方法が存在し、（制限ではないが）それらは接着剤、溶剤結合、熱または超音波結合、及び同様な結合を含む。
全ての層が組立てられ、互いに封止された後、組立品を完成するために全ての上部及び底部の端キャップが対応するカートリッジ端キャップ及び外側の筐体に封止される。
あるいは、サブアセンブリーを一緒にスライドさせ、外側の筐体を最も外側の層の外側にスライドさせ、そして、液体に対して気密状の封止構造を生成するために組立品全体を成型及び射出成形してもよいし、またはカートリッジ端キャップを層の端キャップ及び筐体に成型してもよい。
本発明の装置及び方法は気体または液体を使用して完全性試験を実施することが可能な全ての寸法の全てのフィルター媒体とともに使用することができる。それらは、例えば、織布または不織布フィルター、または鋳造式多孔性薄膜であってもよい。薄膜は超高分子量ポリエチレンを含むポリエチレン等のオレフィン、ポリプロピレン、ＥＶＡコポリマー、及びアルファオレフィン、メタロセンオレフィンポリマー、ＰＦＡ、ＭＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリカーボネート、ＰＶＣ等のビニルコポリマー、ナイロン等のポリアミド、ポリエステル、セルロース、酢酸セルロース、再生セルロース、セルロース合成物、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びこれらの混合物から選択されるポリマーから形成される微孔性、限外濾過（ＵＦ）、ナノ濾過、または逆浸透膜であってもよい。薄膜の選択は用途、所望の濾過特性、濾過される粒子の種類及び寸法、及び所望の流れに依存してもよい。
端キャップ、吸入口、排出口、コア、ポート、弁等のフィルターの他の部材は金属、セラミック、ガラス、またはプラスチック等の多様な材料から作製されてもよい。これらの部材は好まれるものとしてプラスチック、より好まれるものとしてポリオレフィン、特に、ポリエチレン及びポリプロピレン、ホモポリマーまたはそれのコポリマー、酢酸ビニルエチレン（ＥＶＡ）コポリマー等の熱可塑性材料；ポリカーボネート；スチレン；ＰＴＦＥ樹脂；ＰＦＡ等の熱可塑性過フルオロポリマー；ナイロン及び他のポリアミド；ＰＥＴ；及び上述の物質の混合物から形成されてもよい。
２ 第１フィルター層
６ 第１端キャップ
８ 水平表面
１０ 第２端キャップ
１２ 多孔性コア
２０ 第２フィルター層
２２ 水平表面
２４ 第１端キャップ
２８ 第２端キャップ
３０ 多孔性スペーサー層
３２ 多孔性カートリッジ筐体
３４，３６ カートリッジ端キャップ
３８ 排出口
６ 第１端キャップ
８ 水平表面
１０ 第２端キャップ
１２ 多孔性コア
２０ 第２フィルター層
２２ 水平表面
２４ 第１端キャップ
２８ 第２端キャップ
３０ 多孔性スペーサー層
３２ 多孔性カートリッジ筐体
３４，３６ カートリッジ端キャップ
３８ 排出口
Claims (8)
- 各層が組み立てられる前に個々に各層の完全性試験が可能である２つまたはそれ以上の同心状の円筒形フィルター層を備えた、互いに対向する開いた端部及び閉じた端部を有する連続濾過装置であって：
ａ．液体に対して気密状に一緒に結合した第１及び第２の垂直方向の縁部、第１端キャップに液体に対して気密状に結合した第１の水平方向の端部、及び第２端キャップに液体に対して気密状に結合した第２の水平方向の端部を有する第１のフィルター層と、
液体に対して気密状に一緒に結合した第１及び第２の垂直方向の縁部、第１端キャップに液体に対して気密状に結合した第１の水平方向の端部、及び第２端キャップに液体に対して気密状に結合した第２の水平方向の端部を有する第２のフィルター層と、
を備えた２つまたはそれ以上の同心状の円筒形フィルター層；
ｂ．前記第１のフィルター層及び前記第２のフィルター層の間に設けられ、前記第２のフィルター層の前記第１端キャップ及び前記第２端キャップに液体に対して気密状に結合した多孔性スペーサー層;
ｃ．多孔性のコア及び前記装置の排出口を有する上部の閉じた端キャップ及び底部の開いた端キャップ；
ｄ．上部の閉じたカートリッジ端キャップ；及び、
ｅ．前記装置から排出される濾過された流体の排出口を有する底部の開いたカートリッジ端キャップ；
を備え、
前記第１フィルター層が前記コア及び前記装置の排出口の周りに同心状に配置されており、前記コアの外径と同じまたはそれより大きい内径を有し、
前記第２フィルター層が前記第１フィルター層の外径と同じまたはそれより大きい内径を有し、前記第１フィルター層の周りに同心状に配置され、
ｆ．前記第１フィルター層の第１端キャップが、前記コア及び前記上部の閉じたカートリッジ端キャップに、付加的に液体に対して気密状に結合し、前記第１フィルター層の第１端キャップの外端が、前記第２フィルター層の第１端キャップの内端に液体に対して気密状に結合し、前記第２フィルター層の第１端キャップが、前記上部の閉じたカートリッジ端キャップに液体に対して気密状に結合し；
ｇ．前記第１フィルター層の第２端キャップが、前記コア及び前記底部の開いたカートリッジ端キャップに、付加的に液体に対して気密状に結合し、前記第１フィルター層の第２端キャップの外端が、前記第２フィルター層の第２端キャップの内端に液体に対して気密状に結合し、前記第２フィルター層の第２端キャップが、前記底部の開いたカートリッジ端キャップに液体に対して気密状に結合し；
ｈ．前記第２フィルター層の外周部の周りに同心円状に配置され、下記（１）〜（３）：
（１）前記第２フィルター層の第１及び第２端キャップの外端、
（２）前記底部の開いたカートリッジ端キャップ、
（３）前記上部の閉じたカートリッジ端キャップ、
に封止されて液体に対して気密状に結合した外側の多孔性カートリッジ筐体を備え；
液体の濾過の間、液体が、i）外側の多孔性カートリッジ筐体を通って前記濾過装置へ入り、ii）次に、前記液体が前記第２フィルター層を通り、iii）次に、前記液体が多孔性スペーサー層を通り、iv）次に、前記液体が前記第１フィルター層を通り、v）前記iv）は流体が前記コアへ入るためであり、vi）次に、前記底部の開いた端キャップの開いた排出口から装置外へ排出されるように、互いに対向する開いた端部及び閉じた端部を有する連続濾過装置。
- 前記第１及び第２フィルター層がひだ付きである請求項１に記載の濾過装置。
- 前記第１フィルター層が、織布フィルター、不織布フィルター及び鋳造式多孔性薄膜からなる群から選択された材料で形成されている請求項１に記載の濾過装置。
- 前記第１フィルター層が、微孔性フィルター、限外濾過フィルター、ナノ濾過フィルター及び逆浸透膜からなる群から選択された材料で形成されている請求項１に記載の濾過装置。
- 前記第１フィルター層が、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡコポリマー、アルファオレフィン、メタロセンオレフィンポリマー、ＰＦＡ、ＭＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリカーボネート、ビニルコポリマー、ＰＶＣ、ポリアミド、ナイロン、ポリエステル、セルロース、酢酸セルロース、再生セルロース、セルロース合成物、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン及びこれらの混合物からなる群から選択された材料で形成されている請求項４に記載の濾過装置。
- 第２フィルター層が、織布フィルター、不織布フィルター及び鋳造式多孔性薄膜からなる群から選択された材料で形成されている請求項１に記載の濾過装置。
- 前記第２フィルター層が、微孔性フィルター、限外濾過フィルター、ナノ濾過フィルター及び逆浸透膜からなる群から選択された材料で形成されている請求項１に記載の濾過装置。
- 前記第２フィルター層が、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＥＶＡコポリマー、アルファオレフィン、メタロセンオレフィンポリマー、ＰＦＡ、ＭＦＡ、ＰＴＦＥ、ポリカーボネート、ビニルコポリマー、ＰＶＣ、ポリアミド、ナイロン、ポリエステル、セルロース、酢酸セルロース、再生セルロース、セルロース合成物、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリルスルホン、ポリフェニルスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン及びこれらの混合物からなる群から選択された材料で形成されている請求項７に記載の濾過装置。
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