JPH0663316A - 螺旋状に巻付けられたフィルター要素 - Google Patents

螺旋状に巻付けられたフィルター要素

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JPH0663316A
JPH0663316A JP5138735A JP13873593A JPH0663316A JP H0663316 A JPH0663316 A JP H0663316A JP 5138735 A JP5138735 A JP 5138735A JP 13873593 A JP13873593 A JP 13873593A JP H0663316 A JPH0663316 A JP H0663316A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 比較的高い強度、低い圧力降下、高い汚れ容
量（dirt capacity）、及び長寿命を有し、且つ製造
し、利用するのに経済的であるような管状流体処理フィ
ルター要素を提供する。 【構成】 透過性中空管の周囲に螺旋状に巻付けられて
いて、流体処理要素のために総傾斜細孔構造を形成して
いる少なくとも２つのフィルター媒体層及び／又は該フ
ィルター媒体層の間に配置された少なくとも１つの拡散
層を含み、且つその中を流れる流体を処理する流体処理
要素。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】本発明は、流体処理要素に関するも
のである。更に詳しくは、本発明は、螺旋状に巻付けら
れたフィルター媒体の多重層を含む流体処理要素に関す
るものであり、該フィルター媒体は、流体処理要素のた
めに総傾斜細孔構造（overall gra-ded pore structur
e）を形成しているか、又は少なくとも１つの拡散層
が、フィルター媒体層と共に、隣接フィルター媒体層の
間に好ましく挿入されて用いられている。
【０００２】
【発明の背景】多数の用途に用いられる一般的な流体処
理要素は、流体、例えば気体又は液体をフィルター要素
のフィルター媒体へと導くための適当な末端キャップを
有する中空で一般的に円筒形のフィルター要素を含む。
フィルター媒体の厳密な性質は、流体を与えるための特
有の処理によって変化する。フィルター要素は、その末
端において、粒子を除去するためのフィルター媒体に加
えて、イオン又は化学成分を分離するための脱塩装置又
は収着剤を含むことができる。
【０００３】処理されるべき流体は、一般的に、前記流
体処理要素の外部から内部へと内方向へ強制的に流され
る。その場合、特に要求条件はない。流体処理要素を通
る流体の通常の流れとは関係なく、偶然に（例えば、フ
ィルター要素から下流における流体圧力のサージングに
よって）又は意図的に（例えば、フィルター要素の表面
から、粒子物質の堆積したケークをフラッシュすること
によって）流体流が逆向きに流れるのは異常なことでは
ない、ということに注意すべきである。
【０００４】管状流体処理要素は、一般的に、均質な細
孔構造を有するが、ある１つの前記流体処理要素、即ち
プロファイル（Profile、登録商標）フィルター要素
（ポール・コーポレーション）は、傾斜（graded）又は
勾配（tapered）多孔度（poro-sity）を有するフィルタ
ー媒体を用いているので、フィルター媒体の細孔サイズ
は、流体の流れる方向において減少している。プロファ
イルフィルター要素のフィルター媒体は、直径の異なる
繊維から成る連続系列を含み、該連続系列は、それら自
体の上で層をなして、一定の空隙率（void volumｅ）を
有する傾斜細孔構造のフィルター媒体を形成する。前記
媒体は、米国特許第４，５９４，２０２号及び第４，７
２６，９０１号に記載されている。
【０００５】例えばストリングが巻付けられたフィルタ
ー要素、焼結ステンレス鋼粉末フィルター要素、多層フ
ィルター要素、螺旋に巻付けられた流体処理要素（spir
alwrapped fluid treatment elements）、及び螺旋状に
巻付けられたフィルター要素（helical wrapped filter
elements）のような様々な他の流体処理要素組織が提
案され、何年にもわたって用いられて来た。これらの様
々な組織があるにもかかわらず、比較的高い強度、低い
圧力降下、高い汚れ容量（dirt capacity）、及び長寿
命を特徴とし且つ前述のような利点を有するにもかかわ
らず製造し且つ利用するのに経済的であるような管状流
体処理要素に対するニードが存在している。
【０００６】従って、本発明の目的は、上記のような流
体処理要素を提供することにある。本発明のこれらの及
び他の目的と利点、並びに本発明の特徴は、本明細書に
おいて提供される説明から明らかとなる。
【０００７】
【発明の概要】本発明は、要素中を流れる流体を処理す
るための要素を含む。流体処理要素は、前述した中空管
の周囲に螺旋状に巻付けられたフィルター媒体の多重層
を含む。流体処理要素が傾斜細孔構造を有するように、
フィルター媒体多重層の細孔定格を変化させる。別法と
して、又は上記のものに付け加えるものとして、少なく
とも１つの拡散層を、螺旋状に巻付けられたフィルター
媒体と共に、少なくとも２つのフィルター媒体層の間に
好ましく配置して用いる。
【０００８】
【好ましい態様の詳細な説明】本発明の流体処理要素
は、一般的に、円筒形の組織を有し、フィルター媒体の
多重層は、前述した中空で円筒形の管の周囲に螺旋状に
巻付けられる。フィルター媒体層は、流体処理要素に傾
斜細孔構造を提供するために異なる細孔定格を有する
か；あるいは別法として、又は前記の事柄に加えて、少
なくとも１つの拡散層が、２つのフィルター媒体層の間
に挿入される。
【０００９】本発明の流体処理要素は、好ましくは、円
筒形の横断面を有する長い管であるが、流体処理要素
は、他の適当な組織であることができる。例えば、流体
処理要素は、正方形、楕円形、又は卵形の横断面を有す
る長管であることができる。
【００１０】シート形態で利用することができる任意の
適当なフィルター媒体を、本発明の文脈で用いることが
できる。好ましいフィルター媒体は、高い汚れ容量の微
小繊維フィルター媒体及び膜を含む。フィルター媒体
は、任意の適当な有機材料、例えばナイロン、アラミ
ド、フルオロポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリエステル、ポリスチレン、及びポリウレタン樹
脂から、又は無機材料、例えばガラス、炭素、ステンレ
ス鋼、及びアルミニウムから調製することができる。本
発明の流体処理要素においては、様々なフィルター媒体
の組合せを用いることができる。例えば、飲料水を処理
するために、本発明の流体処理要素は、微孔質内膜、一
連のポリプロピレン高汚れ容量微小繊維媒体シート、炭
素繊維層、及び処理されるべき流体中に炭素繊維層が流
れるのを防止するためのポリプロピレンフィルター媒体
外部シートを含むことができる。
【００１１】本発明の文脈で用いられる好ましいフィル
ター媒体は、繊維ガラスのようなガラス材料から調製さ
れるフィルター媒体である。前記フィルター媒体は、流
体処理要素を通過することができるほとんどの材料から
加えられる化学的攻撃に対して耐性があり、多くの高温
用途に適している。本発明に用いられる最も好ましいフ
ィルター媒体は、高い汚れ容量を有するフィルター媒
体、特に、比較的安価で、且つ流体処理要素中を通過す
ることができる多数の材料からの化学的攻撃に対して耐
性のあるポリプロピレンから成るフィルター媒体であ
る。好ましい高い汚れ容量を有するフィルター媒体は、
不織布微小繊維の繊維素材、例えばＨＤＣ（登録商標）
という商標でポール・コーポレーションから市販されて
いるような該素材を含む。ＨＤＣ媒体の微小繊維は、実
質的に、繊維と繊維の結合がなく、互いに機械的なから
み合いによって固定されている。ＨＤＣは高い汚れ容量
を有する媒体であるが、繊維が互いに結合されていない
ので、流体流の流れの方向において媒体に及ぼされる
力、又は媒体の内側と外側との間の有意な圧力降下に容
易に耐えることができるような十分な強度が欠如してい
る。本発明流体処理要素の螺旋状巻付組織によって、Ｈ
ＤＣ媒体のようなフィルター媒体シートの短所が克服さ
れて、流体処理要素全体に対して高い強度が付与され
る、ことを見出した。
【００１２】フィルター媒体シートの多孔度は、任意の
望ましい値であることができる。フィルター媒体シート
のうちの幾つか又は全ては、好ましくは、異なる細孔定
格を有し、総勾配細孔構造又は総傾斜細孔構造を有する
流体処理要素を形成するように、選択し配列する。特
に、フィルター媒体は、好ましくは、該流体処理要素の
中を流れる流体流の流れの方向において細孔定格が一般
的に減少する。一般的には、流体処理要素の外側から内
側への方向において前記のようになっている。例えば、
最も内側の層又は内側の幾つかの層は、１０ μm の細
孔定格を有することができ、その次の層又は層の群は、
１５、２０、３０、４０、及び ５０ μmの細孔定格を
有することができる。傾斜多孔度によって、一般的に
は、流体処理要素の汚れ容量が増加し、更に該傾斜多孔
度は、流体処理要素の最も多孔度の大きい部分における
圧力降下が最小になるのを助ける。一般的に、流体処理
要素の望ましい総細孔定格が上がると、流体処理要素に
とって適当な汚れ容量と圧力降下を維持するために流体
処理要素全体で必要とされる瀑落効果がより大きくな
る。 又、螺旋状に巻付けられたフィルター媒体層と共
に、好ましくは２つ又はそれ以上の隣接フィルター媒体
層との間に、１つ又はそれ以上の拡散層を挿入して用い
ると、流体処理要素の汚れ容量を増加させるような効果
が生じ、且つ流体処理要素における圧力降下が最小にな
る。本発明流体処理要素において、前記拡散層を、異な
る細孔定格を有するフィルター媒体層の代わりに用い
て、傾斜細孔構造を達成することができる。しかしなが
ら、好ましくは、拡散層は、傾斜細孔構造を形成するフ
ィルター媒体層と共に用いる。
【００１３】拡散層は、任意の適当な材料から作ること
ができ、又流体処理要素中において、最も内側のフィル
ター媒体層と管との間にある及び／又は隣接しているフ
ィルター媒体層の間にある処理流体の横方向の流れ又は
沿層方向の流れを許すように、好ましくは助けるように
配置することができる。前記横方向の流れは、流体処理
要素における圧力降下が最小になるのを助ける。拡散層
を、管と最も内側のフィルター媒体層との間に配置する
と、拡散層（一般的に、多数の孔を有する有孔構造（pe
rforated or fenestrated construction）である）によ
って、流体が流れる管の孔に対して極めて接近している
フィルター媒体を越えて容易に流体が流れることができ
るフィルター媒体の表面積の利用が最大になるので、前
記の管中及び最も内側のフィルター媒体層の中を流れる
流体の移動が容易になる。拡散層を、隣接しているフィ
ルター媒体層の間に配置すると、拡散層によって、同様
に、濾過のためのフィルター媒体表面積の利用が最大に
なる。又、拡散層は、粒子物質を収容するための溜めと
して働くので、それにより流体処理要素に対して比較的
高い汚れ容量が提供される。拡散層は、流体の流れを妨
げないように、又、濾過要素における圧力降下に実質的
に寄与しないようにするために、多孔質である。
【００１４】望ましい拡散層は、一般的には、金網（wi
re mesh）から、例えば特に高温環境で作られたステン
レス鋼から作られているような金網から、又は粗繊維、
好ましくはフィルター媒体で用いたのと同じ材料、例え
ばポリプロピレンから作られているような粗繊維から、
及びハイロフト（high loft）から調製する。拡散層
は、一般的には、高い空隙率を有する。拡散層は、フィ
ルター媒体シートのフレーザー数（Frazier number）の
少なくとも２倍の、好ましくは少なくとも４倍のフレー
ザー数を好ましく有する。拡散層は、好ましくは、フィ
ルター媒体と同様にシート組織であり、フィルター媒体
に固定することができる。拡散層は、任意の適当な厚
さ、例えば約４ − ５ミルから１０ − １５ミル又はそ
れ以上であることができる。
【００１５】フィルター媒体が微小繊維媒体である場合
には、拡散層は、最も好ましくは、フィルター媒体を含
む繊維の不織布ウェブをその上に固定している多孔質支
持体である。特に、組合わされたフィルター媒体と拡散
層は、好ましくは、横方向の流体の流れを許す多孔質ポ
リプロピレン支持体上に溶融ブローされ、層にされ、且
つ固定されるポリプロピレン繊維の不織布ウェブを含
む。
【００１６】前述したような強固な支持体を用いること
は、多くの面において、極めて有益である。強固な支持
体によって、濾過中の歪み、特に逆流置換（backflushi
ng）運転における逆流の間の歪みに耐えられるように、
フィルター媒体は、確実に、適当な位置に強く固定され
る。更に、流体処理要素上にそれを巻付けるときに、強
固な支持体によって、各層上に配置される逆張力を調節
して、流体処理要素の剛性又は剛さを調節することもで
き、更に層の緊密な重なりを保証することもできる。媒
体を要素上に巻付けるときに逆張力を厳密に調節するこ
とによって、要素の剛性を厳密に調節することができ
る。驚くべきことに、層を堅く巻付けても、除去効率又
は流体処理要素の汚れ容量のいずれに対しても影響を与
えない。除去効率は、フィルター媒体によって調節さ
れ、汚れ容量は、傾斜細孔構造及び／又は拡散層の存在
によって調節される、と考えられる。
【００１７】適当な拡散層としては、金網及びスパンボ
ンデッドポリプロピレン不織布シート材料が挙げられる
が、多数の他の粗繊維不織布材料を用いることもでき
る、と考えられる。最も好ましい拡散層は、重さ ２０
g/m2 及び ４０ g/m2 のスパンボンデッドポリプロピレ
ン不織布シート材料である。例えば重さ ６０ g/m2 の
スパンボンデッドポリプロピレン不織布シート材料のよ
うなより重い拡散層を用いることができるが、本発明と
共に用いる場合には、該拡散層によって、取扱い上の問
題が生じることがある。
【００１８】中空管又は中空心材は、処理流体に対して
透過性である、例えば濾過要素における圧力降下に有意
に影響を及ぼさない任意の適当な材料であることができ
る。一般的には、管は、流体を容易に管中に通過させる
ことができる一連の孔を有する有孔の非多孔質材料から
調製する。管は、主に、流体処理要素に対して内部支持
を提供する。従って、管は、管に作用する力に耐えるだ
けの十分な強さを有しているべきである。管は、濾過
中、並びに流体処理要素の可能な逆流置換中に、十分な
支持を提供するように選択すべきである。
【００１９】管組織及び管材料は、濾過条件に耐え、且
つ処理流体、フィルター媒体、及び拡散層と好ましくな
い相互作用を起こさないものを選択すべきである。例え
ば、高温用途では、管は、好ましくは、有孔の金属構
造、例えばアルミニウム又はステンレス鋼であり、低温
用途では、管は、好ましくは、プラスチック材料、例え
ばポリプロピレンから調製する。
【００２０】管は、全流体処理要素にとって必要な直径
によって通常は決定される任意の適当な直径を有するこ
とができ、フィルター媒体及び拡散層の厚さは、流体処
理要素の最終用途によって決定される。一般的に、処理
流体が流体処理要素の内側の長さに沿って容易に下降さ
せることができるように、可能な最も大きい管内径が好
ましい。
【００２１】フィルター媒体は、管の周囲に螺旋状に巻
付ける。任意の数のフィルター媒体層を、管の周囲に連
続させて螺旋状に巻付けることができ、拡散層は、好ま
しくは（必ずではないが）フィルター媒体層の間に挿入
する。少なくとも２つのフィルター媒体層、例えば３、
４、６、８、１０、２０、３０、４０又はそれ以上のフ
ィルター媒体層を本発明の文脈で用いて、流体処理要素
を作る。フィルター媒体シートは、好ましくは、全て同
じタイプの材料であるが、必ずしもそうでなくとも良
い。
【００２２】フィルター媒体層は、螺旋状に巻付けるこ
とができ、フィルター媒体シートの縁は、隣接している
か又は重なっている。フィルター媒体が重なっているこ
とは、それによって、フィルター媒体の有効層が増加
し、且つフィルター媒体を迂回する流体流路が最小とな
るので好ましい。重なりの量は、フィルター媒体層シー
ト幅の約０ − ９５％、好ましくは約２５ − ７５％、
最も好ましくは約５０％であることができる。約３３％
の重なりの場合は、濾過要素のフィルター媒体層は効果
的に３重になり、約５０％の重なりの場合は、濾過要素
のフィルター媒体層は効果的に２重になる。
【００２３】拡散層は、任意の適当な様式で、配置する
ことができる。拡散層は必ずしも螺旋状に巻付ける必要
はないが、好ましくは、フィルター媒体シートと同様な
様式で螺旋状に巻付ける。拡散層を、フィルター媒体シ
ートに固定するときには、最も好ましい高い汚れ容量を
有するフィルター媒体の場合と同様に、当然のことに、
フィルター媒体シートと共に螺旋状に巻付ける。
【００２４】３３％の重なりを用いるときには、先に巻
付けられた層と同様に１つの層がそれ自体の表面上に部
分的に配置され、それによって螺旋状に巻付けられた層
の外径が変化して、フィルター媒体及び／又は拡散層に
ちりめんじわが生じないように注意しなければならな
い。層のちりめんじわは、フィルター媒体を迂回する流
体流路が生じることの一因となる可能性がある。５０％
の重なりを用いる場合でも、ちりめんじわが生じないよ
うに注意しなければならない；しかしながら、そのよう
なちりめんじわは、一般的には、十分に柔軟性のあるフ
ィルター媒体と、連続層を配置するときに生じる小さな
外径の変化に適応する拡散層とを用いることによって防
止することができる。
【００２５】又、フィルター媒体シートをそれ自体に重
ねるときに生じるわずかに大きくなった流体処理要素の
直径を収容するフィルター媒体シートの伸びによって、
フィルター媒体シートの各継目の十分な堅固さが保証さ
れ、その結果、漏れの問題が最小となり且つ流体処理要
素の強度が向上する。緊密に重なるので、フィルター媒
体シートを接着するための、あるいはフィルター媒体シ
ートの継目を封止するための樹脂又はグルーを用いる必
要はない。フィルター媒体シートは、望ましい巻付けと
重なりとを生起させるための必要な伸びに耐える程十分
に強くなければならない。特に、多孔質支持体に固定さ
れた繊維の不織布ウェブを含むフィルター媒体シートの
好ましい利用においては、好ましくは、該支持体は、連
続包み（s-uccessive wrap）又は連続層の間に漏れのな
い界面を確保するのに必要な伸長を許すのに十分な程度
の強さを有している。
【００２６】螺旋状に巻付けられて隣接縁を形成してい
るか又は重なり縁を形成しているかにかかわらず、任意
の適当な手段によって、フィルター層を共に結合又は封
止することができる。しかしながら、一般的に、隣接縁
又は重なり縁を封止する必要はなく、本発明の流体処理
要素においては、好ましくは、前記の封止は用いない。
【００２７】流体処理要素の外部は、最も外側にあるフ
ィルター媒体であることができるが、取扱いを容易にす
るためには、更に又、特に流体流の逆流中に、流体処理
要素に対して追加の支持及び保護を提供するためには、
流体処理要素の周囲に巻付けられるか又は該要素を包む
保護材料が特に好ましい。前記の外部保護材料又は外包
み（outerwrap）は、任意の適当な組織及び材料である
ことができ、好ましくは、例えばアルミニウム又はステ
ンレス鋼から作った金網であるが、ポリプロピレンから
作ったプラスチックメッシュ又は不織布材料を用いるこ
ともできる。又、一般的に、管に関しても前述したのと
同様な関心が、外部保護材料に対して持たれている。外
部保護材料は、任意の適当な様式で適用することがで
き、好ましくは、フィルター媒体層と同様な様式で螺旋
状に巻付ける。
【００２８】外側から内側方向への流体の濾過において
は、たとえ外包みが各フィルター媒体層の及び総流体処
理要素の細孔定格に比べて極めて高い細孔定格を有して
いても、外包みを用いることによって、流体処理要素の
汚れ容量が有意に向上する、ことを一般的に見出した。
内側から外側方向への流体の濾過においては、中空管、
又は該管と最も内側のフィルター媒体との間に配置され
た分離層は、流体処理要素の汚れ容量を向上させる外包
みの機能を果たすことができる。
【００２９】又、本発明の流体処理要素は、支持又は排
液などのための追加の層を含むこともできる。前記追加
層は、任意の適当な位置に、例えばフィルター媒体層及
び／又は拡散層の間に挿入するか、あるいは管と最も内
側のフィルター媒体との間に配置することができる。
又、前記追加層は、任意の適当な様式で、例えばフィル
ター媒体層と同様の様式で螺旋状に巻付けることによっ
て、適用することもできる。
【００３０】管の周囲に螺旋状に巻付けて、本発明の流
体処理要素、例えばフィルター媒体層、拡散層、外部保
護層、及び他の追加層を作ることができる様々な層を、
同じ方向又は異なる方向、例えば互い違いの方向に、全
て巻付けることができる。好ましくは、フィルター媒体
層は同じ方向に全て巻付け、他の層は螺旋状に巻付け、
その他の層は、好ましくは、フィルター媒体層と同じ方
向に巻付ける。
【００３１】ほとんどの用途において、本発明の流体処
理要素は、流体の流れを該流体処理要素の中に向けるた
めの末端キャップを備えている。特に、流体処理要素で
は、一般的に、該流体処理要素の末端上に適合して、処
理される流体がフィルター媒体層を迂回しないようにす
る開放末端キャップ（open end cap）及び盲末端キャッ
プ（blind end cap）を用いる。又、流体処理要素は、
２つの末端キャップを用いて、他の流体処理要素と連続
させて用いることができる。末端キャップは、任意の適
当な材料から作ることができ、任意の適当な様式で流体
処理要素に固定することができる。一般的に、末端キャ
ップは、管と同じ材料から又はステンレス鋼から調製す
る。
【００３２】本発明の流体処理要素は、様々な最終用途
で、例えば（限定するつもりはないが）電力プラントの
ためのフィルターボイラー水、シュガージュースとシロ
ップの濾過、飲料水供給材料の濾過、排水の処理、ガス
流体の処理、流体接触分解における触媒の回収、煙道ガ
ス放出物の濾過などにおいて用いることができる。巻付
ける前のフィルター媒体を品質管理する能力によって、
本発明の流体処理要素の除去効率及び汚れ容量に関す
る、鋭敏で、良く規定された、且つ最適化された品質管
理をするユニークな能力が与えられる。本発明の流体処
理要素は、通常は、流体処理要素を調製するのに用いら
れた最も厳格な細孔定格を有する各フィルター媒体層に
比べて優れた総有効細孔定格又は除去効率を有する。本
発明の流体処理要素は高度に均質であるので、流体処理
要素に対しては、例えば電力プラントボイラー水濾過最
終用途において、早期下塗ケーク割れを防止する助けと
なるように一定の厚さで該要素の外面に適用される均質
下塗なども許される。
【００３３】次に実施例を掲げて、本発明を更に詳しく
説明するが、以下の実施例によって本発明の範囲が限定
される、と解釈すべきではない。
【００３４】これらの実施例では、ベータ定格システム
としても知られているＯＳＵ−Ｆ２試験を用いて、種々
の流体処理要素の除去効率を評価した。ここに引例した
ＯＳＵ−Ｆ２試験は、ＡＮＳＩ標準規格Ｂ９３−３１−
１９７３であり、水性フィルター試験に用いるために改
良した。０．５ − ２５ μm 範囲のデータのために、
標準化シリカ汚染物、ＡＣ 微細試験ダスト（AC Fine T
est Dust）を、設定濃度で、安定な水中懸濁液として調
製し、その懸濁液を、流体処理要素の中へ、５gpm/ft2
でポンプする。２５ − ９０ μm 範囲のデータのため
には、１０センチポアズの粘度を有する米軍標準規格オ
イルを、標準化シリカ汚染物、ＡＣ 粗試験ダスト（AC
Coarse Test Dust）と共に用い、その懸濁液を、流体処
理要素の中へ、１０ gpm/ft2 でポンプする。試験シス
テムは、上流粒子及び下流粒子カウンターを備えてお
り、それを用いて、フィルター媒体の上流及び下流にお
いて、特定の直径を有する汚染物の量をカウントし、そ
れらのカウントによって、特定の汚染物直径に関する除
去効率を測定する。除去効率の測定と同時に、流体処理
要素における圧力降下を測定する。流体処理要素におい
て ４０ psi の圧力を発生させるのに必要な入射標準汚
染物の量は、本明細書では、流体処理要素の汚れ容量と
して記載している。
【００３５】実施例１ 本発明に従う流体処理要素を、円筒形の管と、幅２イン
チのＨＤＣフィルター媒体、即ち重さ ２０ g/m2 、厚
さ８ − １０ミルのスパンボンデッドポリプロピレン不
織布支持体に固定された様々な厚さのポリプロピレン繊
維の不織布ウェブを有する溶融ブローポリプロピレンフ
ィルター媒体の６つのシートとを用いて、調製した。ポ
リプロピレン支持体は、拡散層として機能した。
【００３６】円筒管は、その長さにわたって溶接された
継目を有する厚さ約０．０２６インチの中空ステンレス
鋼管であった。円筒管は、長さ約４ − １／２フィー
ト、外径約０．７５インチを有していた。円筒管には、
３／３２インチの孔を中心距離５／３２インチであけ
た。
【００３７】第一フィルター媒体シートが円筒管の末端
に重なり、且つ該フィルター媒体シートがそれ自身にそ
の幅の５０％が重なるように、又、円筒管に対して該フ
ィルター媒体の支持体側を向けることによって、円筒管
の中心に繊維が侵入するのを防止するように、該フィル
ター媒体シートを円筒管の周囲に螺旋状に巻付けた。次
に、フィルター媒体の５つの追加層がそれ自身にその幅
の５０％が重なるように、又、支持体層が円筒管の外側
上にあるように、該フィルター媒体の５つの追加層を円
筒管に巻付けた。そのようして得られた流体処理要素
は、約１インチの総外径を有していた。
【００３８】フィルター媒体シートの全てを、円筒管の
全長にわたって巻付けたので、円筒管の末端を越えて幾
らか該シートが飛び出した。熱線「ナイフ」を用いて、
巻付いている層をスライスして、流体処理要素を円筒管
の４ − １／２フィートの長さまで切断し、次に連続層
を共に溶封してフィルター媒体周囲の流体漏れを防止し
た。
【００３９】６つの連続フィルター媒体層のそれぞれの
特性を以下に記載する。本明細書に記載されている実施
例の全てに関して、重さは、フィルター媒体それ自体の
重さであり（即ち、支持体層又は拡散層の重さを含んで
いない）、厚さは、強い逆張力下で巻付ける前の、圧縮
していないときのフィルター媒体及び支持体又は拡散層
を組合せたものの厚さである。
【００４０】 約９９％ 層 除去効率 泡立ち点 重さ 厚さ （OSU-F2 試験） （インチ水柱） （g/ft2） （ミル） １ 20 μm 7.5-9.5 3.0-3.5 27 ２ 20 μm 5.0-6.0 2.5-2.8 26 ３ 40 μm 2.6-3.4 2.2-2.6 25 ４ 40 μm 2.6-3.4 2.2-2.6 25 ５ 90 μm 1.4-2.0 1.0-1.3 20 ６ 90 μm 1.4-2.0 1.0-1.3 20 得られた流体処理要素は、１０ミクロンに関して９９，
９５％の除去効率（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）を有すること
が評価及び測定された。該流体処理要素は、フィルター
長２０インチ（フィルター容積６．９２立法インチ）当
たり１７．４ｇ、又はフィルター容積１立法インチ当た
り約２．５ｇの汚れ容量を有していた。
【００４１】実施例２ フィルター媒体層の特性が以下に記載したものであった
以外は、実施例１と同様の様式で、流体処理要素を本発
明に従って調製した。
【００４２】 約９９％ 層 除去効率 泡立ち点 重さ 厚さ （OSU-F2 試験） （インチ水柱） （g/ft2） （ミル） １ 10 μm 25.0-29.0 3.7-4.2 19 ２ 15 μm 15.0-19.0 3.9-4.3 24 ３ 17 μm 11.0-13.0 4.2-4.8 26 ４ 20 μm 7.5-9.5 3.0-3.5 27 ５ 30 μm 5.0-6.0 2.5-2.8 26 ６ 40 μm 2.6-3.4 2.2-2.6 25 得られた流体処理要素は、５ミクロンに関して９９，９
５％の除去効率（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）を有することが
評価及び測定された。該流体処理要素は、フィルター長
２０インチ（フィルター容積６．９２立法インチ）当た
り１２．７ｇ、又はフィルター容積１立法インチ当たり
約１．８ｇの汚れ容量を有していた。
【００４３】実施例３ 幅３ − １／１６インチのポリプロピレンＨＤＣフィル
ター媒体６２シートを、外径１．３インチの孔を有する
射出成形された中空ポリプロピレン管の上に螺旋状に巻
付けた以外は、実施例１と同様の様式で、流体処理要素
を本発明に従って調製した。流体処理要素の最終直径
は、約２．５インチであった。フィルター媒体層の特性
を以下に記す。
【００４４】 約９９％ １層当たり 層 除去効率 泡立ち点 重さ の厚さ （OSU-F2 試験） （インチ水柱） （g/ft2） （ミル） １−４ 20 μm 6.0-9.5 4.8-5.3 24-30 ５−１２ 30 μm 4.7-6.4 1.45-1.75 11-16 １３−２２ 40 μm 2.7-3.3 1.45-1.75 14-20 ２３−３６ 70 μm 1.5-1.9 1.45-1.75 19-25 ３７−５０ 120 μm 1.2-1.4 4.8-5.0 7.5-9.5 ５１−６２ 140 μm 1.0-1.2 3.8-4.2 9-11 得られた流体処理要素は、１１．６ミクロンに関して９
９，９５％の除去効率（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）を有する
ことが評価及び測定された。又、該流体処理要素は、フ
ィルター長１０インチ（フィルター容積３５．８２立法
インチ）当たり７２．４ｇ、又はフィルター容積１立法
インチ当たり約２．０ｇの汚れ容量を示した。
【００４５】実施例４ 流体処理要素を、実施例１及び２と同様の様式で、本発
明に従って調製した。これらの流体処理要素は、５、１
０、及び２０ミクロンに関して９９，９５％の除去効率
（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）を有していた。又、これらの流
体処理要素の汚れ容量を、同じサイズ、形状、及び細孔
定格を有する隔膜フィルター要素（sep-ta filter elem
ents）のそれと比較した。これらの比較フィルターは、
繊維の巻き路に配置された回転心材上に繊維を直接衝突
させて作った。直径が増大したときに、繊維サイズ及び
細孔サイズが増加し、それによって流体処理要素のため
の傾斜細孔構造が提供されるように、繊維の組織を型彫
りした。
【００４６】 約９９％ 比較フィルター 本発明のフィルター 除去効率 一般的汚れ容量 一般的汚れ容量（OSU-F2 試験） （g／長さ10インチ） （g／長さ10インチ） 5 3 6 10 4 9 20 6 10 この比較データは、傾斜細孔構造を有する比較流体処理
要素と比較すると、本発明の流体処理要素の汚れ容量は
優れている、ことを示している。
【００４７】実施例５ 多重フィルター媒体及び拡散層を用いている本発明の流
体処理要素を、原子力プラントにおけるボイラー水の濾
過のときに用いられるストリング巻付けフィルター（st
ring wound filter）及び焼結ステンレス鋼粉末フィル
ターの代わりとして、実験室で評価した。ストリング巻
付けフィルターは高価ではなく、中程度の推定寿命を有
し、更にその除去定格を高度に変化させることができる
という特徴をも有している。焼結ステンレス鋼粉末フィ
ルターは、良い除去定格を有しているが、高価であり、
且つ推定寿命が短い。対照的に、本発明の流体処理要素
は高価ではなく、優れた除去定格を有し、且つストリン
グ巻付けフィルターの寿命の約４倍、焼結ステンレス鋼
粉末フィルターの寿命の少なくとも２０倍と予想される
長寿命を有している。又、本発明の流体処理要素は、ボ
イラー水中に存在し、且つ時々ストリング巻付けフィル
ターを通り抜けることができる望ましくない酸化鉄及び
水酸化鉄を除去するのに極めて有効であることが予想さ
れる。従って、本発明の流体処理要素は、ストリング巻
付けフィルターと焼結ステンレス鋼フィルターの双方の
最も良い属性を有し、且つそれらのフィルターのどちら
か一方のみよりも優れている。
【００４８】実施例６ 本発明に従う流体処理要素を、ガラス繊維フィルター媒
体を用いて調製した。耐熱樹脂と結合されたガラス微小
繊維から作られるガラス繊維フィルター媒体は、極めて
申し分のない推定寿命と、高温に耐える極めて優れた能
力とを有しているので、前記の流体処理要素は、例えば
化学反応容器において用いられる耐熱通気フィルター
（high temperature vent filter）として極めて適当で
あると考えられる。
【００４９】繊維ガラスフィルター媒体シートは、ガラ
ス繊維の水性懸濁液を真空引落しして、ガラス繊維をポ
リエステル支持体上に付着させることによって、調製し
た。ポリエステル支持体は、厚さ３ミルまで圧延される
厚さ７ミルのポリエステル不織布支持体であった。流体
処理要素は、幅３ − １／１６インチのガラス繊維から
成る多重層を外径１．３インチの有孔射出成形中空ポリ
プロピレン管上に巻付けることによって、調製した。巻
付けは、層を互いに対して隣接させることによって、す
なわち５０％重ねて行った。ガラス繊維媒体の３６層の
全部を用いた。円筒管上に巻付けられた連続層は、更に
開口した、即ち細孔は、更に大きくなった。流体処理要
素の直径は、約２．６インチであった。
【００５０】３６連続フィルター媒体層のそれぞれの特
性を、以下に記す。
【００５１】 １層当た 層 除去効率 泡立ち点 りの厚さ 層の数 （OSU-F2 試験） （インチ水柱） （ミル） １−４ 12 μm 20.4 20 4 ５−６ 14 μm 16.4 21 2 ７−８ 15 μm 15.2 22 2 ９−１０ 17 μm 12.5 26 2 １１−１２ 20 μm 8.5 22 2 １３−１６ 25 μm 7.8 17 4 １７−１８ 45 μm 4.9 19 2 １９−２０ 50 μm 3.1 31 2 ２１−２８ 90 μm 2.3 6 8２９−３６ 100 μm 1.7 4 8 得られた流体処理要素は、５ミクロンに関して９９，９
５％の除去効率（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）を有することが
評価及び測定された。又、該流体処理要素は、フィルタ
ー長１０インチ（フィルター容積３９．８立法インチ）
当たり４０ｇ、又はフィルター容積１立法インチ当たり
約１．０ｇの汚れ容量を有していた。
【００５２】実施例７ 本発明に従う流体処理要素を、単一ガラス繊維フィルタ
ー媒体層、ステンレス鋼拡散層、及びステンレス鋼保護
層を用いて、調製した。拡散層は、フィルター媒体と管
との間に配置し、一方保護層は、フィルター媒体上に配
置した。前記の流体処理要素は、例えば空気のような気
体流体から粒子を濾別するための優れたブローバックフ
ィルター要素（blowback filter element）であること
が予想される。
【００５３】拡散層は、組織１インチ当たり ４２ ｘ
４２ ワイヤを有する直径０．００５５インチのワイヤ
から作られたステンレス鋼金網（stainless steel wove
n wiremesh）であった。前記の金網は、連続ストリップ
の形態であり、金網の縁を、折り重ねて、厚さ０．０１
０インチまで圧延した。完成したストリップは、幅１．
５インチであった。拡散層は、幅１インチ当たり約３ポ
ンドの張力下で、外径１．３インチの有孔ステンレス鋼
円筒管の周囲に螺旋状に巻付けた。該拡散層は、拡散層
の縁が隣接するように、即ち重なりが０％となるように
巻付けた。
【００５４】厚さ０．００６インチ及び１５ミクロンに
関して９９，９５％の除去効率（ＯＳＵ−Ｆ２ 試験）
を有するガラス繊維フィルター媒体を、幅１インチ当た
り約０．３ポンドの張力下で、拡散層と共に、円筒管上
の適当な位置に螺旋状に巻付けた。前記のフィルター媒
体は幅３インチであり、その縁を、５０％オーバーラッ
プするように巻付けて、円筒管上に２層のフィルター媒
体を効果的に作った。ガラス繊維フィルター媒体は、約
１５％のポリテトラフルオロエチレン結合剤を用いてガ
ラススクリム上にガラス繊維を付着させることによっ
て、調製した。
【００５５】拡散層として用いた同じタイプのステンレ
ス鋼金網のもう１つの層を、保護層として用い、フィル
ター媒体層及び拡散層と共に、円筒管周囲上の適当な位
置に螺旋状に巻付けた。該保護層は、幅１インチ当たり
約１０ポンドの張力下で、巻付けた。次に、流体処理要
素に、盲開放末端キャップ及び盲密閉末端キャップを取
付けた。流体処理要素のフィルター面積は、９６平方イ
ンチであった。
【００５６】フィルター総面積２８８平方インチを有す
るこれらの流体処理要素のうちの３つを、空気の濾過に
おいて試験した。２０ fpm における、前記要素の純粋
な圧力効果は、１．２インチ水中であった。３つの流体
処理要素の泡立ち点は、４．９、６．１、及び５．３イ
ンチ水中であった。
【００５７】又、空気中に懸濁させ、該流体処理要素の
外側から内側へと通過させる標準化シリカ汚染物ＡＣ微
細試験ダストを１０００ｇの量で用いて、前記３つの流
体処理要素を、連続前進流／ベンチュリ・ブローバック
・モードにおいて試験した。試験は、流量 ２５ CFM で
開始した。ブローバックを生起させる終圧降下（ter-mi
nal pressure drop）は、１．０ psi に設定し、１３サ
イクル後には １．５psi まで増加させた。合計１００
０のブローバックサイクルを、これらの条件下で行っ
た。１０００サイクル後、流量は、３０ CFM まで増加
した。増加した流量において、１．５ psi のブローバ
ックを生起させるために １．５ psi の終圧降下を用い
て、 ブローバックの追加の１０００サイクルを行っ
た。
【００５８】流体流速 １２．５ FPM において、回収圧
力降下は、初めは ０．５ psi であり、１３番目のサイ
クル後には ０．８６ psi まで増加し、１８番目のサイ
クル後には １．０５ psi まで増加し、２５番目のサイ
クル後には １．１ psi まで増加し、以降１０００番目
サイクルまでは １．１ psi のままであった。流体流速
１５．０ FPM においては、１．１５ psi で始まっ
て、１０００サイクルの間、そのままであった。濾過効
率は、９９．９６５％であった。
【００５９】本発明を、特に好ましい態様に重点を置い
て説明して来たが、好ましい流体処理要素の変型を調製
して用いることができること、又、本明細書で詳細に説
明した方法とは別の方法を用いて本発明を実施すること
が可能であること、は当業者には明らかである。従っ
て、本発明は、添付の請求項によって規定されている本
発明の精神と範囲に包含される全ての改良を含んでい
る。
フロントページの続き (72)発明者 コリン・エフ・ハーウッド アメリカ合衆国ニューヨーク州11542，グ レン・コーブ，サウスランド・ドライブ 17 (72)発明者 クレメンス・シー・ヴォン・レイゼンステ イン アメリカ合衆国ニューヨーク州11510，ボ ードウィン，セントラル・アベニュー 91 (72)発明者 スティーヴン・エイ・ゲイベル アメリカ合衆国ニューヨーク州13045，コ ートランド，プロスペクト・テラス 31 (72)発明者 レイモンド・ティー・フライエル アメリカ合衆国ニューヨーク州 11554, イースト・メドー，ランカスター・ストリ ート 2458

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 傾斜(graded)細孔構造の流体処理要素を
    作るために透過性中空管の周囲に螺旋状に巻付けられた
    異なる細孔定格を有する少なくとも２つのフィルター媒
    体シートを含むことを特徴とする、その中を流れる流体
    を処理する流体処理要素。
  2. 【請求項２】 該管が、実質的に円筒形の横断面を有す
    る請求項１記載の流体処理要素。
  3. 【請求項３】 該フィルター媒体シートが、不織微小繊
    維から成る繊維素材を含む請求項２記載の流体処理要
    素。
  4. 【請求項４】 異なる細孔定格を有する該フィルター媒
    体シートを、該フィルター媒体シート細孔定格が該流体
    処理要素中を流れる流体流の通常の流れの方向に行くに
    つれて減少するように配置する請求項２記載の流体処理
    要素。
  5. 【請求項５】 該流体処理要素が、少なくとも２つの連
    続フィルター媒体シートの間に配置された少なくとも１
    つの拡散層を更に含む請求項４記載の流体処理要素。
  6. 【請求項６】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に巻
    付けて、該フィルター媒体シートの隣接縁を作る請求項
    ４記載の流体処理要素。
  7. 【請求項７】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に巻
    付けて、該フィルター媒体シートの幅の約２５ − ７５
    ％に相当する重なりを作る請求項４記載の流体処理要
    素。
  8. 【請求項８】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に巻
    付けて、該フィルター媒体シートの幅の約３３％に相当
    する重なりを作る請求項４記載の流体処理要素。
  9. 【請求項９】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に巻
    付けて、該フィルター媒体シートの幅の約５０％に相当
    する重なりを作る請求項４記載の流体処理要素。
  10. 【請求項１０】 該流体処理要素が、少なくとも１つの
    拡散層を更に含む請求項９記載の流体処理要素。
  11. 【請求項１１】 該拡散層を、該管と最も内側のフィル
    ター媒体シートとの間に配置する請求項１０記載の流体
    処理要素。
  12. 【請求項１２】 該拡散層を、少なくとも２つの連続フ
    ィルター媒体シートの間に配置する請求項１０記載の流
    体処理要素。
  13. 【請求項１３】 該流体処理要素が、少なくとも３つの
    フィルター媒体シートを含む請求項２記載の流体処理要
    素。
  14. 【請求項１４】 透過性中空管の周囲に螺旋状に巻付け
    られた少なくとも１つのフィルター媒体シートと、少な
    くとも１つの拡散層とを含み、且つその中を流れる流体
    を処理する流体処理要素。
  15. 【請求項１５】 拡散層を、最も内側のフィルター媒体
    シートと該管との間に配置する請求項１４記載の流体処
    理要素。
  16. 【請求項１６】 要素が、最も外側のフィルター媒体シ
    ートの周囲に巻付けられた透過性保護層を更に含む請求
    項１５記載の流体処理要素。
  17. 【請求項１７】 要素が、少なくとも２つのフィルター
    媒体シートを含む請求項１６記載の流体処理要素。
  18. 【請求項１８】 該拡散層を、該管の周囲に螺旋状に巻
    付ける請求項１６記載の流体処理要素。
  19. 【請求項１９】 該拡散層を、螺旋状に巻付けて、該拡
    散層の隣接縁を作る請求項１８記載の流体処理要素。
  20. 【請求項２０】 該拡散層が、メッシュである請求項１
    ９記載の流体処理要素。
  21. 【請求項２１】 該フィルター媒体が、フィルター媒体
    の細孔が半径外方向に向けて減少している傾斜細孔構造
    を有する請求項１８記載の流体処理要素。
  22. 【請求項２２】 該フィルター媒体を、螺旋状に巻付け
    て、該フィルター媒体シートの幅の約２５ − ７５％に
    相当する重なりを作る請求項１８記載の流体処理要素。
  23. 【請求項２３】 該フィルター媒体を、螺旋状に巻付け
    て、該フィルター媒体シートの幅の約３３％に相当する
    重なりを作る請求項１８記載の流体処理要素。
  24. 【請求項２４】 該フィルター媒体を、螺旋状に巻付け
    て、該フィルター媒体シートの幅の約５０％に相当する
    重なりを作る請求項１８記載の流体処理要素。
  25. 【請求項２５】 要素が、少なくとも２つのフィルター
    媒体シートと、少なくとも２つの連続フィルター媒体シ
    ートの間に配置された少なくとも１つの拡散層とを含む
    請求項１４記載の流体処理要素。
  26. 【請求項２６】 該管が、実質的に円筒形の横断面を有
    する請求項２５記載の流体処理要素。
  27. 【請求項２７】 該フィルター媒体シートが、不織微小
    繊維から成る繊維素材を含む請求項２６記載の流体処理
    要素。
  28. 【請求項２８】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に
    巻付けて、該フィルター媒体シートの隣接縁を作る請求
    項２６記載の流体処理要素。
  29. 【請求項２９】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に
    巻付けて、該フィルター媒体シートの幅の約２５ − ７
    ５％に相当する重なりを作る請求項２６記載の流体処理
    要素。
  30. 【請求項３０】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に
    巻付けて、該フィルター媒体シートの幅の約３３％に相
    当する重なりを作る請求項２６記載の流体処理要素。
  31. 【請求項３１】 該フィルター媒体シートを、螺旋状に
    巻付けて、該フィルター媒体シートの幅の約５０％に相
    当する重なりを作る請求項２６記載の流体処理要素。
  32. 【請求項３２】 該フィルター媒体シートのうちの少な
    くとも２つが、異なる細孔定格を有する請求項３１記載
    の流体処理要素。
  33. 【請求項３３】 異なる細孔定格を有する該フィルター
    媒体シートを、該フィルター媒体シート細孔定格が該流
    体処理要素中を流れる流体流の通常の流れの方向に行く
    につれて減少するように配置する請求項３２記載の流体
    処理要素。
  34. 【請求項３４】 該拡散層を、該円筒管の周囲に螺旋状
    に巻付ける請求項３３記載の流体処理要素。
  35. 【請求項３５】 該フィルター媒体シートが、該拡散層
    に固定された不織繊維から成る繊維素材を含む請求項３
    ４記載の流体処理要素。
  36. 【請求項３６】 該フィルター媒体シートと該拡散層
    が、ポリプロピレンを含む請求項３５記載の流体処理要
    素。
  37. 【請求項３７】 該流体処理要素が、少なくとも３つの
    フィルター媒体シートと、少なくとも２つの連続フィル
    ター媒体シートの間に配置された少なくとも１つの拡散
    層とを含む請求項３６記載の流体処理要素。
  38. 【請求項３８】 該流体処理要素が、該流体処理要素と
    結合された該拡散層が該円筒形心材の方へと内側に配向
    するように配置された最も内側のフィルター媒体シート
    と、該流体処理要素と結合された該拡散層が該円筒形心
    材から離れて外側に配向するように配置された少なくと
    も５つの追加のフィルター媒体シートとを含む請求項３
    ７記載の流体処理要素。
  39. 【請求項３９】 該フィルター媒体シートのそれぞれの
    幅の５０％に相当する重なりを作るために透過性中空円
    筒管の周囲に螺旋状に巻付けられた少なくとも６つのフ
    ィルター媒体シートを含み、該フィルター媒体シートの
    それぞれは、多孔質ポリプロピレン支持体を含む拡散層
    に固定された不織ポリプロピレン繊維から成る繊維素材
    を含み、且つ該フィルター媒体シートの最も内側のシー
    トは、該フィルター媒体シートと結合された該拡散層が
    該円筒形心材の方へと内側に配向するように配置され、
    一方他のフィルター媒体シートは、該フィルター媒体シ
    ートと結合された該拡散層が該円筒形心材から離れて外
    側に配向するように配置されていて、該フィルター媒体
    シートのうちの少なくとも３つは、異なる細孔定格を有
    し、且つ該流体処理要素中を流れる流体流の通常の流れ
    の方向に行くにつれて該フィルター媒体シートの細孔定
    格が減少するように配置されていることを特徴とする、
    その中を流れる流体を処理する流体処理要素。
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