JP6019460B2 - フィルタエレメントおよび流体の濾過方法 - Google Patents
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Description
[0001]本発明は、フィルタエレメントおよび流体の濾過方法に関する。本発明を具現化したフィルタエレメントは、中空の外側フィルタパックが中空の内側フィルタパックの周りに取り付けられた略円筒状フィルタ構造体と、フィルタ構造体の互いに対向する端部におけるエンドキャップとを含む。本発明を具現化した方法は、外側フィルタパックと内側フィルタパックに未濾過の流体を相反する径方向に同時に通過させるステップを含む。各フィルタパックは、フィルタパックを通って流れる未濾過の流体から多種多様な望ましくない物質のいずれかを除去するフィルタメディアを有する。したがって、フィルタパックは、望ましくない物質（複数可）をほとんどまたは全く有さない濾過された流体（濾液または透過液として知られる）を生成する。
[0002]本発明の一態様によれば、フィルタエレメントは、フィルタ構造体と、フィルタ構造体の第１および第２の端部にそれぞれ取り付けられた第１および第２のエンドキャップとを含む。フィルタ構造体は、フィルタメディアを含む略円筒状の内側フィルタパックと、フィルタメディアを含む略円筒状の外側フィルタパックと、略円筒状の螺旋状支持体とを含む。外側フィルタパックは、内側フィルタパックの周りに位置決めされ、螺旋状支持体は、外側フィルタパックと内側フィルタパックとの間に位置決めされる。螺旋状支持体は、内面と、外面と、内面上および外面上のいくつかの支持リッジ（ｒｉｄｇｅ：突条部）および流れチャネルとを有する。これらの支持リッジおよび流れチャネルは、螺旋状支持体の内面および外面に沿って略螺旋状に延び、各支持リッジは、略アーチ状形状を有する。螺旋状支持体の外面上のアーチ状支持リッジは、外側フィルタパックの内周に接触し、螺旋状支持体の内面上のアーチ状支持リッジは、内側フィルタパックの外周に接触する。エンドキャップの少なくとも一方における第１の開口は、螺旋状支持体の流れチャネルとフィルタエレメントの外部との間を流体連通する。エンドキャップの少なくとも一方における第２の開口は、内側フィルタパックの内部とフィルタエレメントの外部との間を流体連通する。
[0003]本発明の別の態様によれば、流体の濾過方法は、未濾過の流体を長手方向軸線に沿って円筒形状の内側フィルタパックの中空内部に導き、内側フィルタパックに未濾過の流体を略径方向外方に通過させるステップを含む。内側フィルタパックに未濾過の流体を通過させるステップは、未濾過の流体から１つまたは複数の物質を除去しかつ内側フィルタパックの外周に濾液を供給するために、フィルタメディアに未濾過の流体を通過させることを含む。流体の濾過方法はまた、内側フィルタパックを取り囲む外側フィルタパックに未濾過の流体を略径方向内方に通過させるステップを含む。外側フィルタパックに未濾過の流体を通過させるステップは、未濾過の流体から１つまたは複数の物質を除去しかつ外側フィルタパックの内周に濾液を供給するために、フィルタメディアに未濾過の流体を通過させることを含む。本発明を具現化した方法は更に、内側フィルタパックの外周から、内側フィルタパックと外側フィルタパックとの間に位置決めされた螺旋状支持体の内面に沿って螺旋状に延びる複数の流れチャネルに沿って濾液を通過させるステップを含む。螺旋状支持体の内面に沿って濾液を通過させるステップは、流れチャネルに沿って螺旋状支持体の少なくとも一方の端部に濾液を螺旋状に通過させ、流れチャネルから濾液を吐出することを含む。加えて、本発明を具現化した方法は、外側フィルタパックの内周から、螺旋状支持体の外面に沿って螺旋状に延びる複数の流れチャネルに沿って濾液を通過させるステップを含む。螺旋状支持体の外面に沿って濾液を通過させるステップは、流れチャネルに沿って螺旋状支持体の少なくとも一方の端部に濾液を螺旋状に通過させ、流れチャネルから濾液を吐出することを含む。
[0004]本発明を具現化したフィルタフィルタエレメントおよび方法は、多くの重要な利点をもたらす。例えば、１つの大きいフィルタパックではなく、２つのより小さいフィルタパックをフィルタエレメントに設けることにより、より小さい各フィルタパックを通る流体への抵抗がより小さくなる。次いで、より小さいフィルタパックは、追加のフィルタメディアを有することができ、清浄なフィルタエレメントを通してのより小さい初期圧力損失、高効率の濾過、ならびに改善された集塵性能および長期間の耐用年数を実現すると同時に、フィルタエレメント内の空間をより効果的に利用する。更に、アーチ状支持リッジは、螺旋状支持体の構造的完全性を著しく向上させ、螺旋状支持体が内側フィルタパックおよび外側フィルタパックに提供する支持を強化する。それゆえ、螺旋状支持体は、より薄く、より軽いポリマー材料で形成することができ、かつ、フィルタパック用の追加の構造支持体を不要にすることができ、フィルタエレメントの重量および環境への影響を低減する。
[0009]本発明を具現化したフィルタエレメントを多種多様な方法で構成することができる。本発明を具現化したフィルタエレメント１０の多くの異なる例のうちの１つを図１〜図４に示す。一般に、フィルタエレメント１０は、長手方向中心軸線Ａと、第１のエンドキャップ１１および第２のエンドキャップ１２と、エンドキャップ１１、１２間に延びるフィルタ構造体１３とを備えることができる。フィルタ構造体１３が互いに対向する軸方向端部を有することができ、エンドキャップ１１、１２をフィルタ構造体１３の端部に取り付けることができる。更に、フィルタ構造体は、複数の同軸状入れ子式に配置されたフィルタパックと、隣接するフィルタパック間に位置決めされた螺旋状支持体とを含むことができる。例えば、フィルタ構造体１３は、内側フィルタパック１５（例えば、最も内側のフィルタパック）と、隣接する外側フィルタパック１４とを含むことができる。螺旋状支持体１６は、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５との間に配置され得る。
[0010]各フィルタパックを様々に構成することができる。例えば、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５の両方は、略円筒形状を有することができ、円筒状フィルタパック１４、１５は、円形断面を含む、数多くの多角形断面のいずれかを有することができる。各円筒状フィルタパック１４、１５は更に、互いに対向する第１および第２の軸方向端部と、内周および外周と、各フィルタパック１４、１５の軸方向長さにわたって広がり得る中空内部とを含むことができる。内側フィルタパック１５を、例えば、外側フィルタパック１４内に同軸状に位置決めすることができ、内側フィルタパック１５は、その外周の外径が外側フィルタパック１４の内周の内径よりも小さく、内側フィルタパック１５と外側フィルタパック１４との間に空間（例えば、環状空間）を画定することができる。
[0011]フィルタパックの一方または両方は、プリーツ状または非プリーツ状とすることができる。非プリーツフィルタパックを、中空円筒構造に形成するために、例えば、中空円筒状の繊維塊、またはスパイラル状もしくは螺旋状に巻き付けられた透過性シート、透過性膜もしくは透過性ストリップを含め、様々に構成することができる。プリーツフィルタパックもまた様々に構成することができる。例えば、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５の両方は、フィルタパック１４、１５の互いに対向する端部間に略軸方向に延びる複数のプリーツを含むことができる。プリーツは、フィルタパック１４、１５の外周における山と、フィルタパック１４、１５の内周における谷と、各山と各谷との間に延びる１対のプリーツ脚部とを含むことができる。プリーツフィルタパックは、様々なプリーツ状とすることができる。例えば、フィルタパックの一方または両方は、各プリーツの高さが山と谷との間の径方向距離に実質的に等しい扇型プリーツを有することができる。代替的に、図２および図３に示すように、フィルタパック１４、１５の一方または両方は、各プリーツの高さが山と谷との間の径方向距離よりも大きいレイドオーバー型プリーツを有することもできる。レイドオーバー型プリーツおよび扇型プリーツならびにフィルタエレメントの他の態様を更に補足して説明するために、米国特許第５，５４３，０４７号明細書および米国特許５，２５２，２０７号明細書を参照により援用する。
[0012]プリーツの種類にかかわらず、外側フィルタパック１４および内側フィルタパック１５のプリーツ高さは、互いにほぼ等しい高さとすることができ、または互いに異なる高さとする（例えば、外側フィルタパック１４のプリーツの高さは、内側フィルタパック１５のプリーツの高さよりも大きいまたは小さい高さとする）ことができる。多くの実施形態について、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５とのプリーツ高さの比は、例えば、濾過される流体の特定の特性よって異なり得る。例えば、粘性流体を、外側フィルタパックのプリーツ高さに対する内側フィルタパックのプリーツ高さの比が約１：０．７５〜約１：１．２５の範囲であり得るより短いプリーツ高さで濾過することができる。しかしながら、低粘性流体については、約１：１〜約２：１の範囲の比が有用であり得る。
[0013]各フィルタパックは、プリーツ状であれ非プリーツ状であれ、フィルタメディアを通って流れる流体から１つまたは複数の物質を除去できるフィルタメディアを含む。フィルタパックは、フィルタメディアを備える単層で、または少なくとも１層がフィルタメディアを備える２つ以上の層の複合体で形成することができる。例えば、フィルタメディアの層を２つの排水層の間に挟むことができる。フィルタメディアは、多くの材料のいずれかで様々な形態に形成することができる。例えば、フィルタメディアは、透過性織布繊維シートもしくは透過性不織布繊維シート、透過性支持膜もしくは透過性非支持膜、または透過性繊維塊の形態であり、かつ、ガラス繊維、または、ポリマー繊維もしくは透過性ポリマーシートを含む、天然ポリマーもしくは合成ポリマーで形成することができる。フィルタメディアは、透過性とすることができ（例えば、多孔質、半透過性、または選択透過性とすることができ）、かつ一定のまたは段階的な細孔構造を有することができる。更に、フィルタメディアは、無数の濾過特性のいずれかを有することができ、または有するように修正することができる。例えば、フィルタメディアは、液体から固体、ゲル、およびコロイド粒子などの粒子、または大きい分子を除去するために、例えば、超多孔質もしくはナノ多孔質またはより微細なものからマイクロ多孔質またはより粗いものまで、広範な分画分子量または除去等級のいずれかを有することができる。代替的にまたは追加的に、フィルタメディアは、正もしくは負の電荷または極性を有することができ、疎水性もしくは親水性または疎油性もしくは親油性を含む、疎液性または親液性とすることができ、および／または液体から１つもしくは複数の化学物質を除去するために、リガンドまたは他の何らかの反応性部分などの１つまたは複数の付着官能基を有することができる。全ての実施形態ではないが、多くの実施形態については、両フィルタパックのフィルタメディアは、同様の濾過特性を有することができる。
[0014]螺旋状支持体１６を外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５との間の空間に位置決めすることができ、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５とが隔てられる。螺旋状支持体１６は、径方向内方に向かう力に抗して外側フィルタパック１４を支持し、かつ径方向外方に向かう力に抗して内側フィルタパック１５を支持する役割を果たすことができる。多くの実施形態について、螺旋状支持体１６は、より小さい圧力損失で外側フィルタパック１４および内側フィルタパック１５から離れる方向に濾液をより効果的に導く役割を果たすことができる。他の実施形態について、螺旋状支持体は、未濾過の流体を外側フィルタパックと内側フィルタパックに導く役割を果たすことができる。
[0015]螺旋状支持体１６は、互いに対向する軸方向端部と、外面２０と、内面２１とを含む中空円筒形状を有することができる。外面２０は、螺旋状支持体１６の外周の周り位置決めされた一連の平行な隣接する溝２２を備えることができ、各外側溝２２は、螺旋状支持体１６の互いに対向する軸方向端部間を螺旋状に延びる。同様に、内面は、螺旋状支持体１６の内周の周り位置決めされた一連の平行な隣接する溝２３を備えることができ、各内側溝は、螺旋状支持体１６の互いに対向する軸方向端部間を螺旋状に延びる。外側溝２２は、螺旋状支持体１６の外面２０に沿って、隣接する平行な螺旋状流れチャネル２４および螺旋状支持リッジ２５を形成することができ、その一方で、内側溝２３は、螺旋状支持体１６の内面２１に沿って、隣接する平行な螺旋状流れチャネル２６および螺旋状支持リッジ２７を形成することができる。多くの実施形態について、螺旋状支持体の一方の面上の流れチャネルは、他方の面上に支持リッジを形成することができる。螺旋状支持体１６の外面２０上の支持リッジ２５が外側フィルタパック１４の内周に接触してこの内周を支持した（例えば、外側フィルタパック１４の内径に沿ってプリーツの谷に接触してこの谷を支持した）状態、かつ螺旋状支持体１６の内面２１上の支持リッジ２７が内側フィルタパック１５の外周に接触してこの外周を支持した（例えば、内側フィルタパック１５の外径に沿ってプリーツの山に接触してこの山を支持した）状態で、螺旋状支持体１６を外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５との間に位置決めすることができる。更に、螺旋状支持体１６の外面２０上の流れチャネル２４を、内面２１上の流れチャネル２６から流体的に隔離することができる。例えば、螺旋状支持体１６は、螺旋状支持体１６の外面２０上と内面２１上の流れチャネル２４、２６に沿った流体の流れの隔離を維持するために、不透過性でかつ無孔とすることができる。
[0016]支持リッジ２５、２７および流れチャネル２４、２６の数および寸法を含む、溝２２、２３の数および寸法は、例えば、フィルタエレメントの用途に関連する特定のパラメータ（例えば、フィルタエレメントを通しての所望の流量および圧力損失ならびに流体の性質）によって異なり得る。例えば、流れチャネルの幅および／または深さは、内面において外面と同一にすることができ、あるいは異なるものとすることができる。いずれか一方の面上の流れチャネルの幅および／または深さは、同一にするかあるいは異なるものとすることができる。更に、流れチャネル２４、２６の幅および／または深さは、フィルタパック１４、１５を通る予想される流体流量と相関し、それにより、小さい圧力損失でフィルタパックから十分に排水するように、より大きいまたはより小さい幅および／または深さとすることができ、あるいはテーパ状とすることができる。同様に、支持リッジ２５、２７の幅は、フィルタパック１４、１５の前後の予想される圧力損失およびそれに関連する径方向力と相関するようにより大きいまたはより小さい幅とすることができる。図３および図４に示すように、溝２２、２３の形状、特に、支持リッジ２５，２７の断面形状は、湾曲状または丸みを帯びた形状とすることができ、外側フィルタパック１４を外側から内側に通る流れおよび内側フィルタパック１５を内側から外側に通る流れに付随して起こる圧力損失に関連するいかなる狭圧力にも抗する略アーチ状支持体を提供する。アーチ状支持体は、好適には、他の形状の構造（例えば、平坦な矩形波構造）よりも圧力損失に関連する力に抗するより良好な支持を提供する。螺旋状支持体は、ポリマー材料を含む、様々な材料のいずれかで形成することができる。支持体のアーチ形状が優れた支持を提供するので、螺旋状支持体は、より薄く、より軽量のポリマー材料で形成することができる。
[0017]エンドキャップは、フィルタエレメントを通るように流体を導く役割を果たし、数多くの方法のいずれかで構成することができる。例えば、図１および図２に図示する実施形態において、各エンドキャップ１１、１２は、フィルタ構造体１３の端部（例えば、内側フィルタパック１５、螺旋状支持体１６、および外側フィルタパック１４の３つ全ての対応する端部）に取り付けられた単一ピースとすることができる。代替的に、エンドキャップの一方または両方は、マルチピース構造を有することができる。エンドキャップの少なくとも一方は、螺旋状支持体の上記端部における流れチャネルとフィルタエレメントの外部との間を流体連通する開口を含むことができる。例えば、フィルタ構造体１３の一方の端部における第１のエンドキャップ１１は、螺旋状支持体１６の両面２０、２１上の流れチャネル２４、２６とフィルタエレメント１０の外部との間を流体連通する略環状の開口３０を有することができる。第１のエンドキャップ１１の、環状開口３０内側の中央領域３１は、内側フィルタパック１５の一方の端部に取り付けられたブラインド端部片としての役割を果たすことができ、内側フィルタパック１５の上記端部および内側フィルタパック１５の中空内部を封止する。第１のエンドキャップ１１の、環状開口３０外側の外側領域３２は、外側フィルタパック１４の対応する端部に取り付けられた端部片としての役割を果たすことができ、外側フィルタパック１４の上記端部を封止する。環状開口３０を横切って延びるリブは、第１のエンドキャップ１１の外側領域３２と中央領域３１とを接続し、かつ外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５との間において螺旋状支持体１６を軸方向に適所に保持することができる。軸方向に突出する外部リップ３３は、外側フィルタパック１４の外周の一部に接触し、外側フィルタパック１４、螺旋状支持体１６、および内側フィルタパック１５の相対的な同軸位置を保持する役割を果たすことができる。更に、第１のエンドキャップ１１は、ハウジング（図示せず）における対応する継ぎ手にフィルタエレメント１０を連結するための継ぎ手を含むことができる。例えば、図示の実施形態において、第１のエンドキャップ１１は、ハウジングの管またはニップルの外部に外嵌されて封着するように配設された軸方向外方に延びるリング状突起３４を含むことができる。
[0018]エンドキャップの少なくとも一方は、内側フィルタパックの内部とフィルタエレメントの外部との間を流体連通する開口を有することができる。例えば、フィルタ構造体１３の反対側の端部における第２のエンドキャップ１２は、内側フィルタパック１５の中空内部と流体連通する略円形の中央開口４０を有することができる。軸方向に突出する内部リップ４１は、中央開口４０を取り囲むことができる。内部リップ４１は、内側フィルタパック１５の内周の一部に接触し、内側フィルタパック１５の相対位置を保持する役割を果たすことができる。第２のエンドキャップ１２はまた、外側フィルタパック１４の外周の一部に接触し得る軸方向に突出する外部リップ４２を含み、外側フィルタパック１４、螺旋状支持体１６、および内側フィルタパック１５の相対位置を保持する役割を果たすことができる。第２のエンドキャップ１２の、内部リップ４１と外部リップ４２との間の環状領域４３は、内側フィルタパック１５、螺旋状支持体１６、および外側フィルタパック１４の対応する端部に取り付けられた端部片としての役割を果たすことができ、内側フィルタパック１５、螺旋状支持体１６、および外側フィルタパック１４の対応する端部を封止する。第２のエンドキャップ１２は、流れチャネル２４、２６の一方の端部に位置決めすることができ、したがって、流れチャネル２４、２６の上記端部を封止することができ、上記端部において流体が流れチャネル２４、２６に流入する、または流れチャネル２４、２６から流出するのを防止する。
[0019]フィルタエレメント１０を数多くの方法のいずれかで組み立てることができる。例えば、螺旋状支持体１６を内側フィルタパック１５の外周に沿って軸方向に移動させるか、または内側フィルタパック１５を螺旋状支持体１６の内部に軸方向に挿入することにより、フィルタ構造体１３を形成することができる。次いで、内側フィルタパック１５を、螺旋状支持体１６の内面２１上のアーチ状支持リッジ２７が内側フィルタパック１５の外周に接触した状態で、螺旋状支持体１６内に入れ子式に配置することができる。螺旋状支持体１６は、内側フィルタパック１５がプリーツ状である場合に、外側ケージまたは外部ラップなどの、任意の追加の外側リテーナの使用なしに、プリーツを支持しかつプリーツを適所に保持することができ、それにより、フィルタエレメント１０に関連する材料の重量および量を低減することができる。代替的に、内側フィルタパックは、螺旋状支持体の内面に接触し得る外側リテーナを含むことができる。それから、外側フィルタパック１４を螺旋状支持体１６の外周に沿って軸方向に移動させることができ、または入れ子式に配置された螺旋状支持体１６および内側フィルタパック１５を外側フィルタパック１４の内部に軸方向に挿入することができる。次いで、螺旋状支持体１６および内側フィルタパック１５を、螺旋状支持体１６の外面２０上の支持リッジ２５が外側フィルタパック１４の内周に接触した状態で、外側フィルタパック１４内に入れ子式に配置することができる。螺旋状支持体１６は、外側フィルタパック１４がプリーツ状である場合に、追加の有孔コアの使用なしに、プリーツを支持しかつプリーツを適所に保持することができ、それにより、フィルタエレメント１０に関連する材料の重量および量を更に低減することができる。代替的に、外側フィルタパックは、螺旋状支持体の外面に接触し得る有孔コアを含むことができる。代替的に、まず外側フィルタパック１４を螺旋状支持体１６に外嵌し、次いで内側フィルタパック１５を螺旋状支持体１６に内嵌することにより、フィルタ構造体１３を形成することができる。全ての実施形態ではないが、多くの実施形態については、フィルタ構造体１３の略平坦状の軸方向端部を提供するために、外側フィルタパック１４、螺旋状支持体１６、および内側フィルタパック１５の対応する端部を径方向に互いに整列させた状態でフィルタ構造体１３を形成することができる。
[0020]少なくとも外側フィルタパック１４および内側フィルタパック１５、ならびに、多くの実施形態では、螺旋状支持体１６も含むフィルタ構造体１３の軸方向端部に、エンドキャップ１１、１２を様々な方法で取り付けることができる。例えば、エンドキャップ１１、１２にエポキシ樹脂、ポリウレタン、または他の接着剤などの注封材料（ｐｏｔｔｉｎｇ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を充填することができ、かつフィルタ構造体１３の軸方向端部を注封材料中に固定することができ、それにより、フィルタ構造体１３の軸方向端部をエンドキャップ１１、１２に接着することができる。代替的に、エンドキャップ１１、１２を、フィルタ構造体１３の軸方向端部に溶剤接着または熱接着することができる。例えば、エンドキャップ１１、１２がポリマー材料で形成される場合には、フィルタ構造体１３の軸方向端部に面する各エンドキャップ１１、１２の部分を溶融させることができ、かつフィルタ構造体１３の軸方向端部をエンドキャップ１１、１２の溶融ポリマー中に固定することができ、それにより、フィルタ構造体１３の軸方向端部をエンドキャップ１１、１２に熱接着することができる。エンドキャップ１１、１２がフィルタ構造体１３に取り付けられた時点で、フィルタエレメント１０が形成され、使用可能な状態となる。
[0021]本発明を具現化した方法に従って、いくつかの方法で流体を濾過することができる。例えば、フィルタエレメントを、様々な異なる構成のハウジング（図示せず）のいずれかに位置決めすることができる。ハウジングは、未濾過の流体（例えば、供給流体またはプロセス流体）をハウジング内に導くための少なくとも１つの入口と、濾過された流体（例えば、濾液または透過液）をハウジングの外に導くための少なくとも１つの出口とを含むことができる。ハウジングは、入口と出口との間でハウジング内に流体流路を画定することができ、フィルタエレメントをハウジング内の流体流路に装着することができる。動作パラメータは、用途によって大きく異なる場合がある。例えば、動作温度は、約２７００°Ｆ以上までの範囲とすることができ、動作圧力は、約１００００ｐｓｉ以上までの範囲とすることができる。
[0022]数多くの方法のいずれかで流体を濾過するために、フィルタエレメントを使用することができる。例えば、流体の濾過方法は、長手方向中心軸線に沿って内側フィルタパックの中空内部に未濾過の液体を通過させ、内側フィルタパックの内周からフィルタメディアを通して内側フィルタパックの外周に未濾過の流体を内側から略径方向外側に導くステップを含むことができる。方法はまた、同時に、外側フィルタパックの外周からフィルタメディアを通して外側フィルタパックの内周に未濾過の流体を外側から略径方向内側に導くステップを含む。内側フィルタパックおよび外側フィルタパックのフィルタメディアを通るように未濾過の流体を導くステップは、未濾過の流体から１つまたは複数の物質を除去し、内側フィルタパックの外周および外側フィルタパックの内周において濾液を形成することを含む。
[0023]例えば、ハウジング内では、未濾過の流体を、フィルタエレメント１０の一方の端部における第２のエンドキャップ１２の中央開口４０に導き、長手方向中心軸線Ａに沿って軸方向に内側フィルタパック１５の内部に導くことができる。フィルタエレメント１０の他方の端部における第１のエンドキャップ１１の中央領域３１は、未濾過の流体の更なる軸方向の流れを遮断することができ、強制的に未濾過の流体が、内側フィルタパック１５のフィルタメディアを含む、内側フィルタパック１５を内側から略径方向外側に通るようにする。流体が内側フィルタパック１５を通過するときに、内側フィルタパック１５の内周と外周との間で差圧が生じる。関連する径方向外方に向かう力は、内側フィルタパック１５の外周を螺旋状支持体１６の内面２１上の螺旋状支持リッジ２７に押し付ける。これらの力は、内側フィルタパック１５がプリーツ状である場合に、内側フィルタパック１５の外周におけるプリーツの山を螺旋状支持体１６の内面２１上の螺旋状支持リッジ２７に押し付けることができる。
[0024]内側フィルタパック１５を内側から外側に通るように未濾過の流体を導くと同時に、図４に再び示すように、外側フィルタパック１４のフィルタメディアを含む、外側フィルタパック１４を外側から略径方向内側に通るようにハウジング内の未濾過の流体を導くことができる。流体が外側フィルタパック１４を通過するときに、外側フィルタパック１４の外周と内周との間で差圧が生じる。関連する内方に向かう力は、外側フィルタパック１４の内周を螺旋状支持体１６の外面２０上の螺旋状支持リッジ２５に押し付ける。これらの力は、外側フィルタパック１４がプリーツ状である場合に、外側フィルタパック１４の内周におけるプリーツの谷を螺旋状支持体１６の外面２０上の螺旋状支持リッジ２５に押し付けることができる。
[0025]外側フィルタパック１４内および内側フィルタパック１５内で発生する互いに逆方向に向う径方向力は、それぞれ、螺旋状支持体１６の外面２０上および内面２１上の螺旋状支持リッジ２５、２７によりしっかりと阻止される。螺旋状支持リッジ２５、２７は略アーチ状形状を有するので、支持リッジ２５、２７は、本質的に強度が高く、構造的完全性を犠牲にせずに、螺旋状支持体１６をより薄く、より軽量の材料（例えば、ポリマー材料）で形成することを可能にし、螺旋状支持体１６を外側フィルタパック１４に対する唯一の内側支持構造としかつ内側フィルタパック１５に対する唯一の外側支持構造とすることを可能にする。
[0026]流体の濾過方法は更に、外側フィルタパックの内周から、螺旋状支持体の外面に沿って螺旋状に延びる複数の流れチャネルに沿って濾液を通過させ、同時に、内側フィルタパックの外周から、螺旋状支持体の内面に沿って螺旋状に延びる複数の流れチャネルに沿って濾液を通過させるステップを含むことができる。螺旋状支持体の外面上の流れチャネルに沿って濾液を通過させるステップは、螺旋状流れチャネルに沿って螺旋状支持体の一方の端部または両端部に濾液を通過させることを含むことができる。同様に、螺旋状支持体の内面上の流れチャネルに沿って濾液を通過させるステップは、螺旋状流れチャネルに沿って螺旋状支持体の一方の端部または両端部に濾液を通過させることを含むことができる。
[0027]例えば、流体の濾過方法は、外側フィルタパック１４の内周から、外側フィルタパック１４と内側フィルタパック１５との間に位置決めされた螺旋状支持体１６の外面２０上の複数の螺旋状流れチャネル２４に沿って濾液を通過させるステップを含むことができる。濾液は、外面２０上の螺旋状流れチャネル２４に沿って略軸方向に螺旋状支持体１６の一方の端部または両端部に通過することができる。例えば、図示の実施形態において、外側フィルタパック１４からの濾液は、外面２０上の螺旋状流れチャネル２４に沿って略軸方向に螺旋状支持体１６の一方の端部（例えば、第１のエンドキャップ１１における端部）のみへ、次いで環状形状の開口３０を通って流れ、螺旋状流れチャネル２４が、第２のエンドキャップ１２により螺旋状支持体１６の反対側の端部で封止される。
[0028]流体の濾過方法はまた、内側フィルタパック１５の外周から、螺旋状支持体１６の内面２１上の複数の螺旋状流れチャネル２６に沿って濾液を通過させるステップを含むことができる。濾液は、内面上の螺旋状流れチャネルに沿って略軸方向に螺旋状支持体の一方の端部または両端部に通過することができる。例えば、図示の実施形態において、内側フィルタパック１５からの濾液は、螺旋状流れチャネル２６に沿って略軸方向に螺旋状支持体１６の一方の端部（すなわち、この場合も、第１のエンドキャップ１１における端部）のみへ、次いで環状形状の開口３０を通って流れ、螺旋状流れチャネル２６が、第２のエンドキャップ１２により螺旋状支持体１６の反対側の端部で封止される。
[0029]多くの実施形態については、螺旋状支持体１６の内面２１上の流れチャネル２６を通って流れる濾液を、螺旋状支持体１６の軸方向長さの一部、ほとんど、または全てに沿って螺旋状支持体１６の外面２０上の螺旋状流れチャネル２４を通って流れる濾液から隔離することができる。例えば、図示の実施形態では、螺旋状支持体１６は、不透過性でかつ無孔とすることができ、螺旋状支持体１６の外面２０上の濾液を、螺旋状支持体１６の軸方向全長にわたって螺旋状支持体１６の内面２１上の濾液から隔離する。螺旋状支持体の対向する面上の濾液を隔離することにより、螺旋状流れチャネル２４、２６に沿った流体の流れは、乱流の少ない状態のままであり、螺旋状支持体１６の長さにわたる流れに対する抵抗がより少なくなり、その長さにわたる圧力損失がより小さくなる。
[0030]流体の濾過方法は更に、流れチャネルから濾液を吐出することを含む。エンドキャップの形状に応じて、螺旋状支持体の外面上の濾液を螺旋状支持体の一方の端部または両端部で吐出することができ、螺旋状支持体の内面上の濾液を螺旋状支持体の一方の端部または両端部で吐出することができ、螺旋状支持体の一方の面上の濾液を他方の面上の濾液と同一の端部または反対側の端部で吐出することができる。図示の実施形態において、螺旋状支持体１６の両面２０、２１上の濾液流れチャネル２４、２６は、第１のエンドキャップ１１における環状形状の開口３０と流体連通する。それゆえ、内側フィルタパック１５と外側フィルタパック１４の両方からの濾液１５を、第１のエンドキャップ１１における環状形状の開口３０を通してフィルタエレメント１０の外部に吐出することができ、この第１のエンドキャップ１１をハウジングの濾液出口に連結することができる。
[0031]本発明の様々な態様をいくつかの実施形態に関して説明および／または図示してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の実施形態の１つまたは複数の特徴を除去または修正することができ、あるいは一実施形態の１つまたは複数の特徴を他の実施形態の１つまたは複数の特徴と組み合わせることができる。非常に異なる特徴を有する実施形態でさえも、本発明の範囲内であり得る。例えば、一部の実施形態について、外側フィルタパックは、プリーツ状とすることができ、プリーツを支持しかつプリーツを適所に保持するための、有孔ケージまたは円周ラップもしくは螺旋状ラップなどの、外側のリテーナを含むことができる。一部の実施形態については、有孔コアを内側フィルタパックの内部に位置決めすることができる。有孔コアは、エンドキャップに取り付けることができ、または、ハウジングから突出し、かつ第２のエンドキャップにおける中央開口を通って内側フィルタパックの内部に延びることができる。
[0032]本発明を説明する文脈（特に以下の特許請求の範囲の文脈）における「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」および「少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ）」という用語ならびに同様の指示対象の使用は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数と複数の両方を包含すると解釈されるものとする。１つまたは複数の物品の列記が続く「少なくとも１つ」という用語（例えば、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」）の使用は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、列記された物品から選択される１つの物品（ＡもしくはＢ）または列記された物品の２つ以上の任意の組み合わせ（ＡおよびＢ）を意味すると解釈されるものとする。用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「包含する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」は、別段の断りのない限り、制限のない用語（すなわち、「含むが、それに限定されない」ことを意味する）と解釈されるものとする。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書に別段の指示がない限り、その範囲内にある各個別の値を個々に参照する簡便な方法として役立つように意図されたものにすぎず、各個別の値は、あたかもそれが本明細書に個々に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載の全ての方法は、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実施することができる。本明細書で提供するあらゆる例または例示的な言い回し（例えば、「など（ｓｕｃｈ ａｓ）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、「例えば（ｅ．ｇ．）」）は、本発明をより良く明らかにするように意図されたものにすぎず、別段に主張しない限り、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書中のいかなる言い回しも、請求項に記載されていない要素を、本発明の実施に不可欠であるものとして示すものとは解釈されないものとする。
[0033]本発明を実行するための本発明者らに既知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態を本明細書に記載する。それらの好ましい実施形態の変形形態は、前述の説明を読めば、当業者に明らかになるであろう。本発明者らは、当業者がそのような変形形態を必要に応じて用いることを期待しており、また、本発明者らは、本発明が、本明細書に具体的に記載されているものとは別の方法で実施されることを意図している。よって、本発明は、準拠法によって許可されるように、本明細書に添付された特許請求の範囲に列挙された主題の全ての修正形態および均等物を含む。その上、全ての可能な変形形態における上記要素の任意の組み合わせが、本明細書に別段の指示がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、本発明に包含される。
Ａ…長手方向中心軸線、１０…フィルタエレメント、１１…第１のエンドキャップ、１２…第２のエンドキャップ、１３…フィルタ構造体、１４…外側フィルタパック、１５…内側フィルタパック、１６…螺旋状支持体、２０…外面、２１…内面、２２…外側溝、２３…内側溝、２４…螺旋状流れチャネル、２５…螺旋状支持リッジ、２６…螺旋状流れチャネル、２７…アーチ状支持リッジ、３０…略環状の開口、３１…中央領域、３２…外側領域、３３…軸方向に突出する外部リップ、３４…軸方向外方に延びるリング状突起、４０…中央開口、４１…内部リップ、４２…外部リップ
Claims (11)
- フィルタ構造体と、第１のエンドキャップおよび第２のエンドキャップと、第１の開口と、第２の開口とを備えるフィルタエレメントであって、
前記フィルタ構造体が、互いに対向する第１の端部および第２の端部を有し、
前記フィルタ構造体が、
フィルタメディアと、内周と、外周と、軸方向に延びる複数のプリーツと、中空内部とを有する略円筒状の内側フィルタであって、前記内側フィルタの前記プリーツが、前記内側フィルタの前記外周に位置するプリーツ山と、前記内側フィルタの前記内周に位置するプリーツ谷とを有し、前記内側フィルタのプリーツ高さが前記プリーツ山と前記プリーツ谷との間の距離に実質的に等しいまたは当該距離よりも大きい、内側フィルタと、
前記内側フィルタの周りに位置決めされ、かつフィルタメディアと、内周と、外周と、軸方向に延びる複数のプリーツとを有する略円筒状の外側フィルタであって、前記外側フィルタの前記プリーツが、前記外側フィルタの前記内周に位置するプリーツ谷と、前記外側フィルタの前記外周に位置するプリーツ山とを有し、前記外側フィルタのプリーツ高さが前記プリーツ山と前記プリーツ谷との間の距離に実質的に等しいまたは当該距離よりも大きく、前記外側フィルタの前記プリーツ高さ対前記内側フィルタの前記プリーツ高さの比が約１：０．７５〜約２：１である、外側フィルタと、
第１の端部および第２の端部と、内面と、外面と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に略螺旋状に延びる、内面上および外面上の複数の支持リッジおよび流れチャネルとを有する略円筒状の螺旋状支持体であり、前記支持リッジが湾曲状または丸みを帯びた断面形状をなすアーチ状形状を有する、螺旋状支持体とを含み、
前記螺旋状支持体が前記内側フィルタと前記外側フィルタとの間に配置され、前記螺旋状支持体の前記内面上の前記アーチ状支持リッジが前記内側フィルタの前記プリーツ山に接触し、前記螺旋状支持体の前記外面上のアーチ状の前記支持リッジが前記外側フィルタの前記プリーツ谷に接触し、
前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップがそれぞれ、前記フィルタ構造体の前記第１の端部および前記第２の端部に取り付けられ、
前記第１の開口が、前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップの少なくとも一方に設けられ、前記螺旋状支持体の流れチャネルと当該フィルタエレメントの外部との間を流体連通し、
前記第２の開口が、前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップの少なくとも一方に設けられ、前記内側フィルタの前記内部と当該フィルタエレメントの前記外部との間を流体連通する、フィルタエレメント。 - 前記螺旋状支持体の前記内面上の前記流れチャネルが、前記螺旋状支持体の前記外面上の前記流れチャネルから前記螺旋状支持体の全長にわたって流体的に隔離される、請求項１に記載のフィルタエレメント。
- 前記第１のエンドキャップが、前記螺旋状支持体の一方の端部における前記流れチャネルと前記フィルタエレメントの前記外部との間を流体連通する前記第１の開口を含み、前記第２のエンドキャップが、前記螺旋状支持体の第２の端部における前記流れチャネルを封止する、請求項１または２に記載のフィルタエレメント。
- 前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップのそれぞれが、前記外側フィルタ、前記内側フィルタ、および前記螺旋状支持体の対応する端部を横切って延びる単一ピースを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
- 前記第１の開口が、前記第１のエンドキャップにおける略環状形状の開口を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
- 前記第２の開口が、前記第２のエンドキャップにおける中央開口を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルタエレメント。
- 前記プリーツが、各プリーツの高さが前記プリーツ山と前記プリーツ谷との間の径方向距離よりも大きいレイドオーバー型プリーツである、請求項５または６に記載のフィルタエレメント。
- フィルタエレメントを通過させることによって流体を濾過する方法であって、
前記フィルタエレメントは、フィルタ構造体と、第１のエンドキャップおよび第２のエンドキャップと、第１の開口と、第２の開口とを備え、
前記フィルタ構造体が、互いに対向する第１の端部および第２の端部を有し、
前記フィルタ構造体が、
フィルタメディアと、内周と、外周と、軸方向に延びる複数のプリーツと、中空内部とを有する略円筒状の内側フィルタであって、前記内側フィルタの前記プリーツが、前記内側フィルタの前記外周に位置するプリーツ山と、前記内側フィルタの前記内周に位置するプリーツ谷とを有し、前記内側フィルタのプリーツ高さが前記プリーツ山と前記プリーツ谷との間の距離に実質的に等しいまたは当該距離よりも大きい、内側フィルタと、
前記内側フィルタの周りに位置決めされ、かつフィルタメディアと、内周と、外周と、軸方向に延びる複数のプリーツとを有する略円筒状の外側フィルタであって、前記外側フィルタの前記プリーツが、前記外側フィルタの前記内周に位置するプリーツ谷と、前記外側フィルタの前記外周に位置するプリーツ山とを有し、前記外側フィルタのプリーツ高さが前記プリーツ山と前記プリーツ谷との間の距離に実質的に等しいまたは当該距離よりも大きく、前記外側フィルタの前記プリーツ高さ対前記内側フィルタの前記プリーツ高さの比が約１：０．７５〜約２：１である、外側フィルタと、
第１の端部および第２の端部と、内面と、外面と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に略螺旋状に延びる、内面上および外面上の複数の支持リッジおよび流れチャネルとを有する略円筒状の螺旋状支持体であり、前記支持リッジが湾曲状または丸みを帯びた断面形状をなすアーチ状形状を有する、螺旋状支持体とを含み、
前記螺旋状支持体が前記内側フィルタと前記外側フィルタとの間に配置され、前記螺旋状支持体の前記内面上の前記アーチ状支持リッジが前記内側フィルタの前記プリーツ山に接触し、前記螺旋状支持体の前記外面上のアーチ状の前記支持リッジが前記外側フィルタの前記プリーツ谷に接触し、
前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップがそれぞれ、前記フィルタ構造体の前記第１の端部および前記第２の端部に取り付けられ、
前記第１の開口が、前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップの少なくとも一方に設けられ、前記螺旋状支持体の流れチャネルと当該フィルタエレメントの外部との間を流体連通し、
前記第２の開口が、前記第１のエンドキャップおよび前記第２のエンドキャップの少なくとも一方に設けられ、前記内側フィルタの前記内部と当該フィルタエレメントの前記外部との間を流体連通する、フィルタエレメントであって、
前記方法は、
未濾過の流体を長手方向軸線に沿って円筒形状の前記内側フィルタの前記中空内部に導き、前記内側フィルタの前記内周から前記外周に前記未濾過の流体を略径方向に通過させるステップであって、前記未濾過の流体から１つまたは複数の物質を除去するために、前記内側フィルタの複数の前記プリーツに前記未濾過の流体を通過させること、前記螺旋状支持体の前記内面上のアーチ状の螺旋状支持リッジに対して前記プリーツ山を押し付けること、および前記内側フィルタの前記外周に濾液を供給すること、を含むステップと、
前記内側フィルタを取り囲む前記外側フィルタの外周から内周に前記未濾過の流体を略径方向に通過させるステップであって、前記未濾過の流体から１つまたは複数の物質を除去するために、前記外側フィルタの複数の前記プリーツに前記未濾過の流体を通過させること、前記螺旋状支持体の前記外面上のアーチ状の螺旋状支持リッジに対して前記プリーツ谷を押し付けること、および前記外側フィルタの前記内周に濾液を供給することと、を含むステップと、
前記内側フィルタの前記外周から、前記内側フィルタと前記外側フィルタとの間に配置された前記螺旋状支持体の前記内面に沿って螺旋状に延びる複数の前記流れチャネルに沿って前記濾液を通過させるステップであって、前記流れチャネルに沿って前記螺旋状支持体の少なくとも一方の端部に前記濾液を螺旋状に通過させ、前記流れチャネルから前記濾液を吐出することを含むステップと、
前記外側フィルタの前記内周から、前記螺旋状支持体の前記外面に沿って螺旋状に延びる複数の前記流れチャネルに沿って前記濾液を通過させるステップであって、前記螺旋状支持体の外面上の前記流れチャネルに沿って前記螺旋状支持体の少なくとも一方の端部に前記濾液を螺旋状に通過させ、前記流れチャネルから前記濾液を吐出することを含むステップとを含む、流体を濾過する方法。 - 前記内側フィルタの前記内周から前記外周に前記未濾過の流体を通過させる前記ステップが、前記螺旋状支持体の前記内面に沿って螺旋状に延びるアーチ状の螺旋状支持リッジに対して前記内側フィルタの前記外周を押し付けることを含む、請求項８に記載の方法。
- 前記螺旋状支持体の前記内面上および前記外面上の前記流れチャネルから前記濾液を吐出することが、前記螺旋状支持体の同一の端部において前記濾液を吐出することを含む、請求項８または９に記載の方法。
- 前記内側フィルタの前記外周から、前記螺旋状支持体の前記内面上の複数の螺旋状流れチャネルに沿って濾液を通過させる前記ステップおよび前記外側フィルタの前記内周から、前記螺旋状支持体の前記外面上の前記複数の螺旋状流れチャネルに沿って濾液を通過させる前記ステップが、前記螺旋状支持体の互いに対向する面において、前記内側フィルタの前記外周からの前記濾液と前記外側フィルタの前記内周からの前記濾液とを隔離することを含む、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
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