(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径と２つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成された、コア要素と、
ダイヤモンド形の外辺部を有するプリーツを形成するようにひだ付けされた管状の濾材、ならびに内径及び外径を有する、フィルター要素と、
前記コア要素の一端に位置付けられた開口端部キャップと、
前記コア要素の他端に位置付けられた閉端部キャップと、を備え、
前記フィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率は、１．５〜２．５であり、
前記フィルター要素は、不織布材料を含む濾材の少なくとも１つの層を有する、フィルターカートリッジ。
【請求項２】
前記コア要素は、押出成形されたポリプロピレンを含む、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３】
前記コア要素は、前記コア要素の両端に隣接して位置付けられた円周リブを有する、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項４】
前記閉端部キャップは、前記開口端部キャップをフィルターカートリッジハウジング内に位置付けるためのハンドルを有する、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項５】
前記開口端部キャップは、
前記開口端部キャップに位置付けられる密封リングと、
前記開口端部キャップの外周から突出する少なくとも２個のラグと、を有する、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項６】
請求項１に記載のフィルターカートリッジを少なくとも１個収容するための内部スペースと、少なくとも１つの流体入口と、少なくとも１つの流体出口と、を有する第１の構造体と、
前記第１の構造体内に位置付けられて前記第１の構造体内部に少なくとも１個のフィルターカートリッジを実装するための第２の構造体と、を備え、
該第２の構造体は、前記少なくとも１個のフィルターカートリッジのラグと係合するように構成された少なくとも１つの傾斜面を有する、フィルターカートリッジハウジング。
【請求項７】
少なくとも２つの傾斜面を有するフィルターカートリッジハウジングに位置付けられ得るプラグベースを備え、
請求項５に記載のフィルターカートリッジを前記フィルターカートリッジハウジングに組み付けるときに、前記フィルターカートリッジの少なくとも２個のラグは、前記少なくとも２つの傾斜面と係合する、フィルターカートリッジ密封装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は高流量カートリッジに関し、より詳細には、ガス又は液体濾過用途の交換可能なフィルターカートリッジに関し、更により詳細には、多くの従来のプリーツ濾材カートリッジフィルターで達成することができるよりも多くの利用可能な単位体積当たりの媒体表面積をパッキングするダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関し、更により詳細には、フィルターカートリッジで使用するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高流量流体濾過システム、及び流量が単一フィルターカートリッジを通して約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの比較的高流量のカートリッジフィルターを有するカートリッジフィルターを含む高流量流体濾過システムを製造するためのシステム、並びにこれらに関するシステムを提供する取り組みがなされている。先の取り組みにより（米国特許第４，８４２，７３９号及び同第５，３３６，４０５号参照）、フィルターカートリッジの寸法を最小としながら有効な濾材領域が比較的増加し、平面の濾材シートをひだ付き構造体へと折り畳んでフィルターカートリッジ内に定置する様々なフィルターカートリッジ構成をもたらした。
【０００３】
本開示の主題に対する競合技術の１つは、放射状プリーツ濾材を収容するフィルターカートリッジである。放射状ひだ付けの不利な点の中でも、本開示のフィルターカートリッジによって意図される用途で使用される場合は、単一フィルターカートリッジ内に収容され得る濾材領域の量である。例えば、（３Ｍカンパニー（3M Company）のＣＵＮＯインコーポレーティッド（CUNO Incorporated）から商品名「ベータファインＸＬ（BETAFINE XL）」で入手可能な製品として）現在市販されている１つのフィルターカートリッジは、現在既知である同様の、外径が６ｃｍ（２．５インチ）のフィルターカートリッジにパッキングされ得るよりも多くの量の濾材を詰め込むための収容力を有しているが、濾材のパッキング量が増加してもなお、本開示の特定の実施形態が必要とするよりも多くの数のフィルターカートリッジが必要である。
【０００４】
米国特許第４，８４２，７３９号及び同第５，３３６，４０５号に記載されているフィルターカートリッジは、カートリッジの単位体積当たりの濾材の比較的大きな表面積を含むが、これらのフィルターカートリッジの内部コアの直径は、約４ｃｍ（１．５インチ）である。一般に３Ｍモデル番号７４０Ｂシリーズのフィルターカートリッジ製品として知られている、この特定のフィルターカートリッジに付随する制限の１つは、この特定のフィルターカートリッジの内部コアの直径が約４ｃｍ（１．５インチ）であるために、フィルターカートリッジ当たりの流量が、最大約３０３ｌｐｍ（８０ｇｐｍ）に制限されていることである。このように、この特定の先行技術のフィルターカートリッジは、高流量濾過用途の市場へのその潜在的市場浸透にもたらす（effecting）性能限界を示す。
【０００５】
米国特許第２，６８３，５３７号，同第２，８９７，９７１号，同第３，０８７，６２３号，同第２，７３２，９５１号，同第２，５５６，５２１号，同第２，１８６，４４０号，同第１，９２８，０４９号，同第５，３３６，４０５号，同第５，７０２，６０３号，同第２，６８３，５３７号、同第３，８６７，２９４号及び同第２，１８６，４４０号を含む多くの先行技術の特許は、エンジンオイルを濾過するのに使用される紙濾材及び／又はカートリッジを利用する一方で、本開示のフィルターカートリッジに使用される濾材は、特定の実施形態において、例えば、ポリプロピレン又は等価材料のようなポリオレフィン材料から製造されるメルトブローン媒体を利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、少なくとも１個のフィルターカートリッジを入れるためのフィルターハウジングと、３Ｍモデル番号７４０Ｂシリーズのフィルターカートリッジのような同様の既知先行技術のフィルターカートリッジよりも、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量、例えば、約１８９ｌｐｍ（５０ｇｐｍ）以上、を処理する能力を有するプリーツ濾材要素パックを有するフィルターカートリッジとを備えるが、これらに限定されない、例示の高流量流体濾過システム並びに高流量流体濾過システムを製造する方法及びシステムを提供することが望ましく、これらは、一実施形態において、１００ｃｍ（４０インチ）長に対して約２１７４５ｃｍ３（１３２７立方インチ）のカートリッジ及び１５０ｃｍ（６０インチ）長に対して約３２６２６ｃｍ３（１９９１立方インチ）カートリッジの所与の内部容積に対して約１３ｍ２（１４５平方フィート）の濾材領域を提供し；一実施形態において、ニューヨーク州イーストヒル（East Hills, New York）のポール・コーポレーション（Pall Corporation）から商品名「ウルチプリーツ（ULTIPLEAT）」で入手可能な製品のような匹敵する従来の既知の高流量流体濾過システム、又はその他の従来の直径６ｃｍ（２．５インチ）のフィルターカートリッジよりも設置面積が比較的小さいが、フィルターハウジングを通してほぼ同じ流体流量を達成し；一実施形態において、現在市場で入手可能な同様の濾過システムと比較して濾過が比較的低コストである高流量濾過システムをユーザーに提供し；一実施形態において、３Ｍモデル番号７４０Ｂシリーズのフィルターカートリッジ又はポールウルチプリーツ（PALL ULTIPLEAT）フィルターカートリッジのような競合濾過システム製品と比較して、比較的高い媒体充填密度（カートリッジの単位体積当たりの表面積が約５．７〜約７．９平方センチメートル／立方センチメートル（約０．１０〜約０．１４平方フィート／立方インチ））を有する高流量濾過システムを提供し；３Ｍモデル番号７４０Ｂシリーズのフィルターカートリッジのような他の既知の高流量濾過システムと比較して、実質的に均一な濾材のプリーツ構造を有する高流量濾過システムを提供し；一実施形態において、３Ｍモデル番号７４０Ｂシリーズのフィルターカートリッジのような同様の競合濾過システムと比較して、比較的大きなコア内径（約８ｃｍ（３インチ）が挙げられるがこれに限定されない）を有する高流量濾過システムを提供し；一実施形態において、フィルターカートリッジ長に応じて約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）〜約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流量を有する濾過を処理することが可能な単一フィルターカートリッジを提供し、プリーツ濾材パック要素を有する濾過システムであって、濾材は前記にて定義されたように均一にひだ付けされており、円筒形状であり、少なくとも一実施形態において、濾材はその周囲に形を成す８個のフラップを有し、フィルターカートリッジの上面から見ると八角形である濾過システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本開示は、内径と２つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、これにおいて一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約１．５〜２．５（いくつかの実施形態では、１．８〜２．４、又は２．０〜２．３）であり、コアの一端に位置付けられて、流体をコア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、コアの他端部に位置付けられて流体が出ていくのを防止し、開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるための構造体を有する閉端部キャップと、を備える高流量フィルターカートリッジを提供する。
【０００８】
本開示の文脈で使用されるとき、用語「ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素」は、濾材に折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツを形成する方法でひだを付けられる管状の濾材で形成されるフィルター要素を指す。図６は、点線４０で輪郭が描かれた、折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツの１つを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の例示の実施形態を示す。本開示の文脈で使用されるとき、点線４０は単一プリーツの外辺部を表す。ダイヤモンド形のプリーツはひし形又はデルタ字（即ち、カイト）形状であってよい。濾材の材料の性質及び管状材料を折り畳むことの固有の難しさに起因して、ダイヤモンド形のプリーツは追加のひだ又はダイヤモンド形状に替わり得る変形物を有してもよいが、ダイヤモンド形状は認識可能なままである。
【０００９】
図６のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素は、円管の第１の外辺部を、点線４２で示される第１の方型に再形成し、円管の第２の外辺部を、点線４４で示される第２の方型に再形成し、このプロセス（即ち、点線４２、４４、４６）を繰り返すことにより形成される。第１の方型及び第２の方型は、ひし形パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、図６に示されるように互いに対して４５°オフセットされ得る。あるいは、第１の方型及び第２の方型は、デルタ字パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、互いに対して様々な角度でオフセットされ得る。
【００１０】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの内のり寸法が内接する縁の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの外のり寸法を囲む円の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径及び外径は、ダイヤモンドの数、形状、及び寸法、並びに濾材の折り畳み厚さ及び得られるフィルターの圧縮程度に応じて変化し得る。例えば、図６は、線４２、４４、及び４６によって形成された平面の互いの距離が比較的大きいという点で低圧縮のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を示している。
【００１１】
より理論的な基礎に基づいて図６の実施形態を考察すると、各方型の辺（即ち、ダイヤモンドの中心軸）の長さは、管の周囲を４で割ったものと等しい。したがって、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、理論上は、４で割った管の周囲であり、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、理論上は、２の平方根を掛けた管の周囲の１／４であり、（材料厚さ及び完全圧縮がないと仮定した場合の）外径の内径に対する比率は１．４である。三角形の断面形状を有する（即ち、周囲当たり３個のダイヤモンド長）実施形態に関する同様の計算では、外径の内径に対する比率は２．０である。５、６、７、８、９、及び１０個の辺を有する他の多角形断面形状を有する実施形態に関する同様の計算では、理想比率はそれぞれ１．２４、１．１５、１．１１、１．０８、１．０６、及び１．０５である。フィルター要素厚さは内径を減少させかつ外径を増加させるので、得られた実際の比率は、典型的には、少なくとも一部分においてはより大きい。
【００１２】
別の態様において、本開示は、少なくとも１個のフィルターカートリッジをハウジングするための流体入口を有するハウジング構造体と；ハウジング構造体に連結される流体出口と；一実施形態において、外径が約１６．５ｃｍ（６．５インチ）である外側表面と、直径が約８ｃｍ（３．０インチ）である内部コアとを有する少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジであって、少なくとも１個のフィルターカートリッジが、流体が少なくとも１個のフィルターカートリッジの外側表面から少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジの内部コアへ又は内部コアから流れるように、フィルターハウジング内に位置付けられ、少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジの内部コアがハウジング構造体の流体出口と流体連通する少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジと；外径が約１６．５ｃｍ（６．５インチ）であり、一実施形態において、単一高流量フィルターカートリッジが約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流体流量で処理することが可能なように、少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジの内部コアの周りに位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備える高流量濾過システムを提供する。
【００１３】
別の態様において、本開示は、複数のプリーツが形成された濾材の少なくとも１つの層を備え、各プリーツが、隣接したプリーツが位置する平面から約１０°〜約８０°オフセットされた平面に形成される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を提供する。
【００１４】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法によって製造される高流量流体濾過システムで使用するためのフィルターカートリッジの例示の実施形態は、１０２ｃｍ（４０インチ）の高流量フィルターカートリッジで約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）までの流体流量で、及び１５２ｃｍ（６０インチ）の高流量用長フィルターカートリッジで約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流体流量で処理することが可能なフィルターカートリッジを備える。
【００１５】
一実施形態において、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジは、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量を効率的に処理し、この実施形態は、所与のフィルターカートリッジの容積に対して比較的大量の濾材領域を備えるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を備える。
【００１６】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法の例示の実施形態の他の特徴には、均一な濾材のプリーツ形状構造を作るための他の競合製品、システム、及び方法のほとんどと比較して、比較的高い媒体充填密度（カートリッジの単位体積当たりの表面積）を作るためのシステムと；より小さなフィルターハウジングの直径を維持しながら、フィルターハウジングの内部スペースの有効利用を高めることが可能なフィルターカートリッジを作るためのシステムと；フィルターカートリッジ及び処理される流体の容積当たりのフィルターハウジングスペースが少なくて済むフィルターカートリッジを製造するためのシステムと、が挙げられるが、これらに限定されない。
【００１７】
本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジの更に他の例示の実施形態は、他の特徴とともに、約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）（１０２ｃｍ（４０インチ）カートリッジ長）〜約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）（１５２ｃｍ（６０インチ）カートリッジ長）までの流量を処理することができる単一フィルターカートリッジを可能とする、約８ｃｍ（３インチ）を含むが、これに限定されない比較的大きなコア内径を有するフィルターカートリッジ設計を含むが、これらに限定されない。
【００１８】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの例示の実施形態の他の特徴には、その中に収容された濾材要素を有する、単位体積当たり比較的大きな濾材表面積を有するフィルターカートリッジを提供する能力が挙げられるが、これらに限定されない。フィルターカートリッジに収容される濾材の表面積は、以下に詳細に説明されるように、単に濾材のパッキングを変えることによって広範囲にわたって制御され得る。更に、濾材の入れ子の密度は、フィルターカートリッジの長さにわたって分配された濾材の均一又は勾配分配を有するフィルターカートリッジを製造するために、フィルターカートリッジの長さにわたって連続的又は非連続的方法で制御することができる。例えば、単位長さ当たりのプリーツの数は、コアの単位長さに沿って変化させることができる。
【００１９】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、非限定的に、フィルターハウジングを通る流量がほぼ同じでありながら比較的小さな設置面積を有し、かつ以前は比較的大きい寸法のハウジングが必要であったフィルターカートリッジの数と寸法を収容することが可能なフィルターハウジングを有することである。
【００２０】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の別の特徴は、これらのシステムに関連するカートリッジ当たりの濾過コストが比較的安いことである。
【００２１】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴には、フィルターハウジングのフィルターカートリッジ及びプラグベース上の補完的傾斜形状を非限定的に有し、カートリッジを高流量フィルターハウジングに設置する及び高流量フィルターハウジングから取り外すための回転力が小さくて済む、ロック装置が挙げられるが、これらに限定されない。
【００２２】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、破棄される使用済みフィルターカートリッジの数を減らし、したがって比較的環境に優しいことである。
【００２３】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、同じ流体流量を処理するために、高流量濾過システムは多くの他の同様の濾過システムよりも比較的少ないフィルターカートリッジを必要とすることである。
【００２４】
本開示の高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、本開示のシステム及び方法によって製造された高流量濾過システムが、現在市場で入手可能な多くの他の同様の濾過システムの濾過コストと比較して、比較的低い濾過コストを有することである。
【００２５】
本開示の１つの特徴は、直径を有し、開口が形成されている内部コアと、内部コアの周りに位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約１．５〜約２．５であり、他の実施形態において、比率は約１．８〜約２．４であり、更に別の実施形態において、比率は２．０〜２．３である、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジを含む。
【００２６】
本開示の更に別の特徴には、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジであって、フィルターカートリッジの外径が非限定的に約１６．５ｃｍ（６．５インチ）を有する、フィルターカートリッジが挙げられる。
【００２７】
本開示の前述の概要は、本開示の各開示実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、例示した実施形態をより具体的に例証する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本開示の例示の高流量流体濾過システムの一部を切り取った、概略斜視図。
【図２】本開示の例示の高流量流体濾過システムにおいて有用な例示のフィルターカートリッジの斜視図。
【図３Ａ】図２の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップの平面図。
【図３Ｂ】コア及び端部キャップの構成要素を示す、図２の例示のフィルターカートリッジの部分横断面図。
【図３Ｃ】図２の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップの平面図。
【図３Ｄ】図２の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図３Ｅ】図２の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図４Ａ】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外部のデジタル画像。
【図４Ｂ】図４Ａのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大部分のデジタル画像。
【図４Ｃ】図４Ａのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大された内部のデジタル画像。
【図５Ａ】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の、プリーツの２つのシンクロセットの平面図。
【図５Ｂ】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の斜視図。
【図６】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の一部の概略等角図。
【図７】本開示の例示のひだ付けシステムの略図。
【図８】図７の例示のひだ付けシステムの部分斜視図。
【図９】図８の例示のひだ付けシステムの２つの例示のブレード装置の１つの概略部分切取図。
【図１０】図９の例示のブレード装置の、例示のブレードの運動特性のグラフ表示。
【図１１】装着位置にある、本開示の例示の組立モジュールの斜視図。
【図１２】プリーツのパックの準備ができている位置にある、図１１の例示の組立モジュールの斜視図。
【図１３】スピン溶接の準備ができている位置にある、図１１の例示の組立モジュールの斜視図。
【図１４】例示のカートリッジ／ハウジングロック装置の部分断面図及び部分斜視図。
【図１５Ａ】本開示による、濾過システムを約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）で作動させる単一フィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１５Ｂ】競合濾過システムを約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）で作動させるのに必要な１８個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１５Ｃ】競合濾過システムを約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）で作動させるのに必要な２４個のフィルターカートリッジを包容する別の競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１６Ａ】本開示による、濾過システムを約７５７１ｌｐｍ（２０００ｇｐｍ）で作動させる７個のフィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１６Ｂ】競合システムを約７５７１ｌｐｍ（２０００ｇｐｍ）で作動させるための１つの競合濾過システムを作動させるのに必要な８５個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１６Ｃ】別の競合システムを約７５７１ｌｐｍ（２０００ｇｐｍ）で作動させるのに必要な１２０個のフィルターカートリッジを包容するカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図１７Ａ】約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）で作動する、図１５Ａ〜１５Ｃのフィルターカートリッジに関する典型的な時間を示すグラフ。
【図１７Ｂ】７５７１ｌｐｍ（２０００ｇｐｍ）で作動する、図１６Ａ〜１６Ｃのフィルターカートリッジに関する典型的な時間を示すグラフ。
【００２９】
上記の図面は本開示のいくつかの実施形態を示すが、他の実施形態も意図される。ここでの開示は、表示の目的で実施形態を提示しており、限定ではない。本開示の原則の趣旨及び範囲内にある多数の他の変形や実施形態が当業者によって可能であることは理解されよう。図は尺度通りに描かれていないことがある。図面では同じ参照番号は同じ構成部品を指す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
特に断らない限り、本開示において、以下に定義される用語は次の意味を有する。
【００３１】
本明細書で使用するとき、用語「高流量」は、比較的多い磁束フローを生成する、例えば、１０２ｃｍ（４０インチ）の長フィルターカートリッジにおける約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）までの流量、及び１５２ｃｍ（６０インチ）の長カートリッジにおける約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流体流量、又は更に多い、フィルターカートリッジを通る比較的多い液体の流量を指す。
【００３２】
本明細書で使用するとき、用語「磁束」は、濾材の単位面積当たりの液体の流量を指す。
【００３３】
本明細書で使用するとき、用語「プラグベース」は、フィルターハウジングにおいてフィルターカートリッジの連結装置に対応する構成要素を指す。
【００３４】
本明細書で使用するとき、用語「充填密度」は、フィルターカートリッジの容積で除された濾材の表面積を指す。
【００３５】
本明細書で使用するとき、用語「ブローンマイクロファイバー」は、溶融材料の小さなストリームを回転しているコレクタロール上にブローして作製されて濾材のロールとなる不織布濾材を指し、これはメルトブローン濾材としても知られる。
【００３６】
本明細書で使用するとき、用語「タイパー（ＴＹＰＡＲ）」は、フィラメント連結部でランダムに配置、分配、及び固着された連続フィラメントのポリプロピレン繊維から（サウスカロライナ州チャールストン（Charleston, South Carolina）のリーメイ社（Reemay, Inc）から入手可能な製品として、商品名「タイパー（ＴＹＰＡＲ）」で）製造される、スパンボンドされているポリプロピレンウェブ構造を指す。
【００３７】
本明細書で使用するとき、用語「スパンボンド」は、熱可塑性繊維形成ポリマーを線状又は円形の紡糸口金を介して押し出すプロセスによって製造される不織布を指す。押出ポリマーストリームは、所望の直径のフィラメントを形成するために空気及び／又は機械的なドラフトローラーによって迅速に冷却されかつ薄くされる。次に、フィラメントは、ウェブを形成するためにベルトコンベヤー上に横たえられる。ウェブは、次に、固着されてスパンボンドされているウェブを形成する。特定の実施形態において、スパンボンディングは、ポリマー樹脂で始まり完成したウェブで終わる統合された一段階プロセスである。
【００３８】
高流量濾過システム
図１に示されるように、本開示の高流量濾過システム５０は、高流量フィルターカートリッジハウジング５２と、その中に位置付けられる少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジ５４とを備える。図示のように、この特定の高流量フィルターカートリッジハウジング５２は水平のフィルターハウジングとして描かれており、当業者には理解されるように、垂直のフィルターハウジングを同様に作製することができることは理解されよう。当業者には理解されるように、高流量フィルターカートリッジ即ちカートリッジ５４は、フィルターハウジング本体の内部に位置付けられ、例えば、プラグベースのような当業者に既知の複数の可能な構造によってその中に固定され得る。
【００３９】
具体的には、例示の実施形態において、本開示の高流量濾過システム５０は、現在の業界標準の長さである１０２ｃｍ（４０インチ）及び１５２ｃｍ（６０インチ）長の両方の高流量フィルターカートリッジ５４を、１〜７個、及び可能であればより多く収容する様々な寸法で入手可能であり得る。高流量濾過システム５０は、特定の操作ニーズに応じて水平又は垂直構造で入手可能であり得る。一般に、エンドユーザーは、操作が簡単であるという理由で水平の、又は高流量濾過システムの設置面積を減らして設備投資の出費を削減するために垂直の選択肢を選ぶ。
【００４０】
図１は、本開示の１つの例示の高流量濾過システム５０を詳細に示している。図のように、例示の高流量濾過システム５０は、一対の脚部５６、５８によって支持され、開口６４が形成された中央コア部材６３（図３参照）と、開口端部キャップ６５と、閉端部キャップ６６とを有する（図２及び図３Ａ〜３Ｃ参照）少なくとも１個の高流量フィルターカートリッジ５４を受容するように構成された外側表面６０と内側表面６２とを有する、高流量フィルターカートリッジハウジング５２を備えることができる。高流量フィルターカートリッジハウジング５２は、開口端６７と閉鎖端６８とを有し、開口端は閉鎖部材７０を受容するように構成され、閉鎖部材７０は当業者に既知の手段によって開口端６７を選択的に、密閉して封入することが可能である。入口７２は、フィルターカートリッジハウジング５２内に、濾過される流体を外部供給源（図示せず）から受容するように位置付けられることができ、流体出口７４は、濾過された流体を高流量フィルターカートリッジ５４の中央コア部材６３（図３Ａ参照）から受容して、濾過された流体を遠隔位置（図示せず）に移送するために、閉鎖端６８に対して位置付け可能である。
【００４１】
図示されている水平のハウジング５２を、垂直のハウジングの一実施形態に変形させるために、一対の支持脚部５６、５８を除去して同様の支持構造を閉鎖端６８に位置付けた後、開口端６７が、開口端６７よりも下側で床に隣接して位置付けられる閉鎖端６８よりも上側になるように、ハウジングを９０°回転させる。
【００４２】
濾材
図４Ａ〜６に示されるように、例示のシステムの高流量フィルターカートリッジ５４内に設置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６において有用であることが見出されている１つの濾材は不織布材料であり、別の実施形態においては、当業者に周知のような不織布ブローンマイクロファイバー（又はメルトブローン）ウェブである。（米国特許第４，８４２，７３９号及び同第５，３３６，４０５号参照、それぞれの開示は、本開示と矛盾しない限りにおいて参照により本明細書に組み込まれる。）
高流量フィルターカートリッジ５４内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の製造に利用することのできる１つの例示の濾材は、絶対定格保持効率を生成するために厳重に制御された繊維直径規格に作製されたブローンマイクロファイバー、又は特定用途に必要とされる濾過機能を実施することが可能の他の濾材を含むが、これに限定されない。このようなブローンマイクロファイバー媒体の一例は、３Ｍカンパニー（3M Company）（ミネソタ州セントポール（St. Paul, MN））が製造しており、現行のフィルターカートリッジモデル７４０の中で市販されている。具体的には、高流量フィルターカートリッジ５４内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６として有用な濾材は、高い粒子除去効率を提供し、幅広い化学的適合性を有する、メルトブローンＦＤＡに準拠したポリプロピレンマイクロファイバー媒体から製造されてもよい。特定の実施形態において、製造プロセスにおいて接着剤、結合剤、又はシリコーンは使用されない。当業者には理解されるように、全ての支持層及び／又は関連するハードウェア（使用する場合）は、ポリプロピレン又は特定用途において必要な機能を実施することが可能なその他の材料を用いて作製される。
【００４３】
ダイヤモンドパターンに配列された管状ひだ付けシステム及び方法
本開示の例示の一実施形態によると、上流の比較的すき間のあるプレフィルタ層、例えばタイパー（ＴＹＰＡＲ）と、比較的細かい粒子濾過媒体と、下流の支持層とを含むがこれらに限定されない一連の不織布濾材ウェブは、平坦な管状の継ぎ合わされた濾材を製造するために、少なくとも１つの不透過性の継ぎ目によって、共にフィルターの素管内に共に継ぎ合わされ、この濾材は、次に、米国特許第４，８４２，７３９号（タン（Tang））に記載の通りに、加熱及び加圧を介してエンボスされる。
【００４４】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素のひだ付けの間に、積層され継ぎ合わされた管状の濾材は、広げられ、折り畳まれ、かつ縦方向につぶされて、図４Ａ〜６に示されるような、積み重ねられたディスク状の層を有する、通常円筒形状のフィルター要素を形成する。得られた積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８は、例示のフィルターカートリッジにおいて利用するためにコンパクトでスペースをとらないダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に変形させると、比較的一貫して粒子を保持することが見出された。
【００４５】
以下により詳細に説明されるように、本開示の高流量フィルターカートリッジ５４を製造するのに使用されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６を形成するために、フィルターの素管はマンドレル上で変形され、次にひだ付けされる。いくつかある特徴の中で特に、特定の実施形態において得られたダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６は、多くの従来のプリーツ媒体フィルターよりも比較的高い媒体利用率を示す。
【００４６】
図４Ａ〜６は、上記のように製造された例示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６を図示しており、濾材のひだ付け方向は内側（コア）から外径へと外側に向かっており、完成した高流量フィルターカートリッジ５４が一端上に直立したとき、又は濾材のひだ付けされた表面が高流量フィルターカートリッジ５４の長手方向軸に対して約９０°に位置付けられると、濾材のプリーツは実質的に水平面となる。
【００４７】
図７に概略的に図示されるように、一実施形態において、前もって組み立てられた積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８が巻き出されて、図示された例示のひだ付けプロセス８４によって、その上に積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８がひだ付けされるマンドレル８６の役割をする管に連結された円錐形の出発点８２に供給されるように、媒体巻き出し装置８０上に位置付けられる。積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８が、マンドレル８６の円錐形の出発点８２の中に装着されると、濾材７８がマンドレル８６の円錐形の出発点８２上を通過するにつれて、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８はその平坦な状態から円筒形状へと延伸する。
【００４８】
駆動ローラー８８は、マンドレル８６の円錐形の出発点８２を支持し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８をマンドレル８６の円錐形の出発点８２上に駆動するという二重の目的を果たす。
【００４９】
ひだ付けプロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８は、濾材ひだ付け操作が完了する直前に、マンドレル８６に位置付けられた、マンドレル８６から領域１０１（図８参照）にある積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８の中に空気を漏出させる空気スロット９０からの空気によって加圧される。この加圧プロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８が、ひだ付けプロセスの間に、つぶれないための十分な構造的完全性を有して円筒形状を維持することを確実なものとするために、圧搾空気は積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８を膨らませる。
【００５０】
図７〜１０に示されるように、本開示による例示のひだ付け装置９２は、それぞれのセット（図９参照）が４つのブレード１０６、１０８、１１０、１１２を有する２セットのブレード装置９４、９６（図８参照）を備え、このブレードは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８上でひだ付け操作を実施するために使用される。一実施形態において、ブレード装置９４、９６は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８と交互に係合し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８をマンドレル８６に向けて半径方向に圧縮し、新たにひだ付けされた濾材１１３を下流に押し、そこでラグの付いたコンベヤー９８は、濾材ひだ付け装置９２の下流でたった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材１００と係合する。ラグの付いたコンベヤー９８の速度は、背圧がプリーツ形成のために確立するよう設定され、これは均一性に影響を及ぼし、これは、ひだ付けプロセスの間、たった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材１００の各プリーツが他のプリーツと同様に見えることを意味する。ラグの付いたコンベヤー９８を巻き出し装置から低速度で動かすことにより、プリーツ形成領域１１５により大きな背圧が生じることが分かっている。背圧が上昇すると、個々のプリーツの間の距離が短い、より鋭く折り畳まれたプリーツがもたらされる。
【００５１】
図８は、それぞれが複数のひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２を備える少なくとも２つのひだ付けブレード装置９２の、ブレード装置９４、９６の一方を支持しかつ駆動する１つの例示のひだ付け装置９２を示している。図示のように、ひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２は約９０°の間隔で配向される。４つのひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２の全ては、４つのひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２の全てが実質的に同時にひだ付けブレード装置１０２、１０４の中心に向かって又は中心から離れるように移動するように、半径方向１１４に同時に移動するように機械的に接続される。図のように、例示のひだ付け装置９２はまた、ひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２を実装するプレート１１６を備え、プレート１１６は軸方向１１８に移動可能である。この構成は、ひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２もまた実質的に同時に軸方向１１８に移動することを確実とする。
【００５２】
他の実施形態において、ひだ付けブレードは図示されている４つのブレードより多くても又は少なくてもよく、ひだ付け装置の軸方向１１８に対して異なる角度で位置付けられてもよい。特定の実施形態において、この角度は約２０°〜約１２０°の間であってもよい。
【００５３】
図８及び９に示されるように、ひだ付けブレード装置１０２、１０４は繰り返しサイクルで駆動され、半径方向１１４及び軸方向１１８の運動の両方は、上記のブレード運動を生じさせるために同時に発生する。各繰り返しサイクルにより、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８は圧縮されかつ折り畳まれて、元の円筒形状から新たに形成される濾材のプリーツ１１３となる。濾材７８は、例えば、４回折り畳まれ、４つのブレードで形成された各プリーツは４つの異なる場所で管と接触し、１つの折り畳みは円筒の中心に向かって半径方向に移動するブレードのそれぞれによって実施される。軸方向のブレード運動１１８は濾材を圧縮し、圧縮された濾材をひだ付け装置９２から離れた下流に移動させる。新たに形成された濾材のプリーツ１１３の下流への移動を制限するための抵抗が存在しない場合、ひだ付け装置を通過した直後にプリーツ濾材が元の管状へと戻ることに制約がかけられないので、新たに形成された濾材のプリーツ１１３の下流への移動に対する背圧の存在は非常に有用である。新たに形成された濾材のプリーツ１１３は、新たに形成された濾材のプリーツの積み重ねを形成する背圧を生成して、ラグの付いたコンベヤー９８によって押しとどめられる。新たに形成される濾材のプリーツ１１３を作るために濾材の材料に付けられる折り目の程度は、ラグの付いたコンベヤーがひだ付け装置９２から下流に移動するときに、ラグの付いたコンベヤー９８に連結された構造体（図示せず）の移動抵抗によって印加される背圧の関数である。各濾材のプリーツの形成後、ひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２は上方に及び濾材から移動し、ひだ付けプロセスを再度開始するために濾材のひだ付けプロセスの出発点へと戻る。
【００５４】
第２のひだ付けブレード装置１０４が第１のひだ付けブレード装置１０２から約４５°（積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８の長手方向軸周囲で測定）で配向されること以外は、第２のひだ付けブレード装置１０４は第１のひだ付けブレード装置１０２と同一である。他の実施形態において、第２のひだ付けブレード装置は、第１のひだ付けブレード装置から約１０°〜約８０°の角度で配向されてもよい。
【００５５】
ひだ付けプロセスの間、各ひだ付けブレード装置１０２、１０４は、図１０に示される、実質的に同じブレードの運動特性１２０を繰り返す。図１０は、ブレード１０６の先端がトレースした運動のプロットであり、第１のひだ付けブレード装置１０２が濾材プリーツを形成し、第２のひだ付けブレード装置１０４が後退して開始位置に戻り、逆もまた同様である時には、サイクルが互いに約１８０°位相外れであること以外は、水平軸は、マンドレル８６に平行に移動した距離を表し、垂直軸は半径方向に移動した（マンドレル８６に向かって又は離れて）距離を表す。
【００５６】
特定の実施形態において、プリーツ形成プロセスの間に、ひだ付きの積層され継ぎ合わされた管状の濾材１００がインフィードに向かって上流方向にスプリングバックすることができないように、ひだ付けブレード１０６、１０８、１１０、１１２の少なくとも１つのセットは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８に常に接触していることが判明した（図７参照）。このような実施形態において、ひだ付けブレード装置１０２、１０４の両方は、いずれも実質的に同じ移動範囲にわたって作動し、それぞれの出発点は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８に対して実質的に同じである。
【００５７】
２つのひだ付けブレード装置１０２、１０４は、図示のように約４５°オフセットしているので、濾材のプリーツ７７のそれぞれ（図６参照）は、前に形成された濾材のプリーツ及びリアルタイムに形成されている濾材のプリーツの後に形成される濾材のプリーツから約４５°で配向される。
【００５８】
１つのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６を形成するために、所定量の積層され継ぎ合わされた管状の濾材７８がひだ付けされた後、そのような所定量の新たに形成された濾材のプリーツ１１３は、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６を作製するために、マンドレル８６上のひだ付けブレード装置１０２、１０４の下流で、継ぎ合わされた濾材から切断される。切断された後、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６は、マンドレル８６に沿って、ひだ付け装置９２から離れてカートリッジ組立場所１２４に向かって前進する。（図１１及び１２）。
【００５９】
装着準備ができている位置にある、本開示の例示のカートリッジ組立場所１２４が図１１に示されている。カートリッジ組立場所１２４を、新たに形成されたプリーツ濾材１１３をマンドレル８６からカートリッジ組立場所１２４へと移動させるよう準備するために（図７参照）、作業者は、開口６４が形成されている中央コア部材６３を（図３Ａ参照）を、一端で開口端部キャップ６５をスピンドル２６上に連結させて位置付けてもよく、及び／又は閉端部キャップ６６を、スピン溶接アーム１３０に位置付けられるスピン溶接チャック１２８内に位置付けてもよい。
【００６０】
上記の条件が満たされると、カートリッジ組立場所１２４は、スピンドル支持体１３２が約９０°回転してスピンドル１２６をマンドレル８６と整列させるように平行移動する位置に自動的にトラバースする。次に、スピンドル１２６及びマンドレル８６は機械的に接続され、マンドレル８６がスピンドル１２６によって支持されるようにマンドレル支持体３４は離脱する。
【００６１】
図１２に示されるように、新たに形成されたプリーツ濾材１１３（図７参照）は、図３Ｂに描かれるように、マンドレル８６に沿って、かつ前もってスピンドル１２６上に装着されている中央コア部材６３を覆ってトラバースする。新たに形成された濾材のプリーツ１１３が中央コア部材６３上に位置付けられた後、カートリッジ組立場所１２４は図１３に示される位置に移動する。
【００６２】
図１３に示されるように、スピンドル１２６は分離されてマンドレル８６から離れるように移動され、スピン溶接アーム１３０は移動してスピンドル１２６と整列する。閉端部キャップ６６の、例えば、スピン溶接によるような作動連結は、スピンドル１２６がトラバースして中央コア部材６３を閉端部キャップ６６と接触させる時に、スピン溶接アーム１３０内に位置付けられたスピン溶接チャック１２８を回転させることにより達成される。
【００６３】
完成した高流量フィルターカートリッジ５４を抜き取った後、カートリッジ組立場所１２４は図１１に示される位置に戻る。この位置で、カートリッジ組立場所１２６は、次のフィルターカートリッジ組み立てサイクルに備えて、新しい閉端部キャップ６６をスピン溶接チャック１２８内に、及び新しい中央コア部材６３をスピンドル２６上に装着するのための条件下にある。
【００６４】
図５Ｂに概略的に示されているように、高流量フィルターカートリッジ５４の中央コア部材６３（図示せず）外径（ＯＤ）又は内径（ＩＤ）（これらの直径は本質的に同じである）が増加するにつれて、中央コア部材６３の高流量フィルターカートリッジ５４内に定置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の濾材の任意の２つのプリーツの間の、介在媒体又は連結媒体に沿って測定した距離は減少する。単位長さ当たりの個々のプリーツの数は、プリーツの形状及びカートリッジ長手方向軸に沿った媒体の圧密に応じて変化し得る。
【００６５】
図５Ａ〜６に最も良く示されているように、本開示に従って製造されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の１つの可能な実施形態は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６を受容する中央コア部材６３の内径が約８ｃｍ（３インチ）である場合に、前面が約２３ｃｍ２（３．６ｉｎ２）又は約０．００２３ｍ２（０．０２５ｆｔ２）である、複数の単一で別個の、放射状のプリーツ濾材のプリーツ７７を備える。
【００６６】
上述のように、及び図４Ａ〜５Ｂに示されるように、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ濾材の設計パターンの少なくとも１つの実施形態は、プリーツ形成が２つの異なる平面で生じ、図示された実施形態においては約４５°ごとに互いに位相された又はオフセットされた交互パターンを含む。図５Ａ〜５Ｂに示されるように、放射状の濾材プリーツのひだ付けの間に用いられる、図示された４５°の位相は、放射状プリーツ濾材を互いに上下に比較的しっかりと積み重ねることができるので、典型的には、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の密度は増加する。特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ媒体パック要素は、約２５０〜４００のプリーツを含み、特定の実施形態においては約３００〜３５０のプリーツを含む。
【００６７】
本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６は内径と外径とを有する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の内径は、中央コア部材６３の外径の上に位置付けられるように構成される。いくつかの実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の外径が約１６．５ｃｍ（６．５インチ）の場合には、約６．４ｃｍ（２．５インチ）〜約９．５ｃｍ（３．７５インチ）である。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は、外径が約１６．５ｃｍ（６．５インチ）の場合には、約１．５〜約２．５である。１つの特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６の内径は約７．６ｃｍ（３．０インチ）である。
【００６８】
フィルターカートリッジの構造
一般に上述したように、また図２、６及び７に最も良く図示されているように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ５４は一般に円筒形状であり、様々な形状に形作られたディスクの入れ子構成を有し、高流量フィルターカートリッジ５４が垂直位にあり、閉端部キャップ６６と開口端部キャップ６５とがその中に設置された場合に、水平のひだ付きパターンに配置された放射状のプリーツ濾材のプリーツ７７で作製された図示の（図５Ｂ）八角形のディスクを有する中央コア部材６３備える。
【００６９】
図３Ａに示されるように、少なくとも一実施形態において、中央コア部材６３は、押出ポリプロピレンで製造され、外部から中央コア部材６３の中へ又は中央コア部材６３から外へのいずれかの流量のための液体の流路を提供するための開口６４を備える。図３Ｂに示されるように、中央コア部材６３はまた、中央コア部材６３の両端に位置付けられ、一実施形態においては、スピン溶接継ぎ手又は意図される使用環境において許容可能な性能を提供することができるあらゆる他の連結方法を含むがこれらに限定されない方法によって、最適強度の作動連結を提供するために、約１ｃｍ（０．２５インチ）幅である、穴があけられていない円周リブ１３６、１３８を備える。
【００７０】
１つの特定の例示の実施形態において、中央コア部材６３の一端は、例えば、ハンドルような構造体１４０を有する閉端部キャップ６６にスピン溶接され、他端は、Ｏリング１４２を有する開口端部キャップ６５にスピン溶接される。上記のような種類のパーツを接合するための周知の組み立て技術であるスピン溶接プロセスを用いることにより、高流量フィルターカートリッジが意図される使用環境において許容可能な性能を提供可能であるようにするために、中央コア部材６３とカートリッジ端部キャップ６５、６６の両方との間に十分強力な固着を提供することが、組み立てプロセスにおいて判明した。
【００７１】
上記の通り、例示の高流量フィルターカートリッジ５４は、開口６４を有する中央コア部材６３部材と、中央コア部材６３部材の上に位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６と、中央コア部材６３の一端に位置付けられてフィルターの流体を高流量フィルターカートリッジ５４から出すための流体出口７４を有する開口端部キャップ６５と、構造体１４０を介して高流量フィルターカートリッジ５４を高流量フィルターカートリッジハウジング５２に連結し、かつ高流量フィルターカートリッジ５４を高流量フィルターカートリッジハウジング５２から取り外すためのハンドル１４０を備える閉端部キャップ６６と、を備える。
【００７２】
特定の実施形態において、本開示の高流量フィルターカートリッジ５４において利用される単一のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素７６は、同様な従来のフィルターカートリッジの特定の他の種類よりも、所与の容積でより大きな媒体の表面積及び／又はより長い耐用年数のための高い積載能力及び／又はより廉価な濾過を提供することが判明した。
【００７３】
本開示の高流量濾過システム５０の高流量フィルターカートリッジ５４の１つの特徴は、中央コア部材６３の内径の寸法である。例えば、中央コア部材６３の内径を、約８ｃｍ（３インチ）を含むがこれに限定されない寸法まで、及びそれよりいくぶん大きく増大させることにより、本開示の高流量フィルターカートリッジ５４、続いて高流量フィルターシステム５０を通る流量が増加することが判明した。具体的には、本開示によると、中央コア部材６３の直径が約８ｃｍ（３インチ）である単一の高流量フィルターカートリッジ５４は、１０２ｃｍ（４０インチ）の長フィルターカートリッジにおいて約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）までの流体流量、及び１５２ｃｍ（６０インチ）の長カートリッジにおいて約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流体流量を処理することが可能であることが判明した。
【００７４】
具体的には、本開示の濾材の所与のスペース中の、より高い水準で使用可能な濾過表面積により、フィルターカートリッジ当たり約１８９３ｌｐｍ（５００ｇｐｍ）までの流量が可能となり、使用するフィルターの数を減少させることが判明した。更に具体的には、流体から同量の混入物を濾過する場合、少なくともいくつかの先行技術のフィルターカートリッジが使用するよりも、本開示のシステムに従って製造される交換可能なフィルターカートリッジの使用数は少なく、これにより、使用される各カートリッジは破棄されるときに一定量の濾過された流体を保持するので製品損失が最小限となり、並びに／又は人件費、及び／若しくは廃棄処理経費、並びに／又は作業者の混入物への暴露、並びに／又はフィルターを取り換えるための休止時間が最小限となる。
【００７５】
高流量フィルターハウジングの構造
図１に最も良く示されているように、本開示による高流量フィルターハウジング５２は、具体的には、上記のように、コンパクトな設置面積で効率的な高流量濾過システムを供給するように設計される。ハウジングは、標準設計で、並びに、特定のニーズ合わせるためにカスタマイズ可能な構成で、及び、例えば、１０２ｃｍ（４０インチ）及び１５２ｃｍ（６０インチ）長の、１〜７個であるがこれに限定されないフィルターカートリッジ又は使用可能な数の高流量フィルターカートリッジ５４を収容するための様々な寸法で製造されてもよい。本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング５２はまた、上記のように、水平又は垂直構造に製造され得る。
【００７６】
例えば、図１５Ｂ及び１５Ｃに示されるように、流量約１３２５ｌｐｍ（３５０ｇｐｍ）の流体を濾過するためには、高さ約７６ｃｍ（３０インチ）（about twenty four（24）thirty（30 inch）（76 cm））までの従来の直径７ｃｍ（２．５インチ）のプリーツフィルターカートリッジ２００かそれ以上のものが必要であることがあり、必要なフィルターカートリッジ２００を入れるためには、直径４１ｃｍ（１６インチ）までのフィルターハウジング２０２又はそれより大きなものが必要である。
【００７７】
これに対し、図１５Ａに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ５４が１個のみ必要であり、必要なのは直径約２２ｃｍ（８．６インチ）のハウジングであり、先行技術のカートリッジハウジングの直径の約半分である。小さな外径は、フィルターハウジングを製造する際のコスト削減に直接つながる。具体的には、平面バッフルを利用する外径の大きなカートリッジハウジングとは対照的に、このように外径を小さくすることはそのまま、本開示の角度の付いた偏向板を利用する外径の小さなカートリッジハウジングを製造するために必要な金属の削減につながる。小さな外径を有するこのようなカートリッジフィルターハウジングは必然的に、工場の現場の設置面積の削減をもたらし、これにより同じ数のフィルターカートリッジを収容するのに必要な工場の現場スペースを削減し、ひいては他の機器又は業務に利用されるようにいくらかの工場の現場スペースを解放する。
【００７８】
別の実施例において、図１６Ｂ〜１６Ｃに示されるように、流量約７５７１ｌｐｍ（２０００ｇｐｍ）の流体を濾過するためには、高さ約７６ｃｍ（３０インチ）（about one hundred twenty（120）thirty（30 inch）（76 cm））までの従来の直径７ｃｍ（２．５インチ）のプリーツフィルターカートリッジ２００かそれ以上のものが必要であることがあり、必要な競合フィルターカートリッジ２００を入れるためには、直径９１ｃｍ（３６インチ）までのフィルターハウジング２０２又はそれより大きなものが必要である。
【００７９】
これに対し、図１６Ａに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ５４が７個のみ必要であり、必要なのは直径約６１ｃｍ（２４インチ）のハウジングであり、競合カートリッジハウジングの直径の約半分である。
【００８０】
上記は、先行技術の特定の比較フィルターカートリッジ及びフィルターハウジングの構成と比べた場合の、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ５４及び高流量フィルターカートリッジハウジング５２の構成の利益を示している。
【００８１】
具体的には、本開示の高流量システムは、所与の流量で濾過するために、約９０％まで少ないカートリッジを利用し、高流量ハウジングは、図示された競争力のある寸法のフィルターハウジングよりも約３３％〜約５０％小さい。
【００８２】
図１７Ａ及び１７Ｂは、上記の様々な実施例に関してカートリッジフィルターを取り換えるための時間を示している。グラフから分かるように、図示された各実施例において、フィルターカートリッジの取り換えに要する典型的な時間は、図示される競合の６．４ｃｍ（２．５インチ）カートリッジシステムよりも少なくとも５０％に満たない。
【００８３】
カートリッジ／ハウジングロック装置
本明細書に記載された高流量濾過システム５０は、使い勝手を考えた設計であり得る。具体的には、使い勝手の良さの特徴の例には、多くの既知のシステムに比べて、フィルターカートリッジの設置及び取り外しを、工具又は他のハードウェアを使用せずに比較的簡単にする、使いやすくて人間工学的に設計されたハンドル１４０と、以下により詳細に記載するような、フィルターカートリッジハウジング５２の高流量フィルターカートリッジ５４とプラグベース１５０との間の確実な密封を確実なものとする、「ひねってロックする」傾斜の付いたフィルターカートリッジ密封装置１４８とが挙げられるが、これらに限定されず、以下により詳細に記述される。
【００８４】
図１４に示されるように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ５４の実施形態は、他の構成要素の中でも特に、密封Ｏリング１４２を有するキャップ６５を備え、高流量フィルターカートリッジ５４を、高流量フィルターカートリッジハウジング５２内に位置付けられるプラグベース１５０（図１参照）へとガイドするための２つ以上の固定ラグ１５２、１５４を円周上に備える。
【００８５】
本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング５２の１つの例示の実施形態は、図１に示されるように、角度付き傾斜形状、高流量フィルターカートリッジハウジング５２内の底板１６０に永久的に溶接されている２つ以上の傾斜面１５６、１５８（図示せず）を有するプラグベース１５０を含む。密封Ｏリング１４２を有するフィルターカートリッジ開口端部キャップ６５が高流量フィルターカートリッジハウジング５２のプラグベース１５０に挿入されると、フィルターカートリッジ開口端部キャップ６５は、フィルターカートリッジハウジング５２の角度付き傾斜面１５６と一列に並ぶ。高流量フィルターカートリッジ５４が、例えば、約９０°回転で回転すると、高流量フィルターカートリッジハウジング５２の角度付き傾斜面１５６は、高流量フィルターカートリッジ５４を軸方向に引いてプラグベース１５０の中に入れ、その結果、Ｏリング１４２はプラグベース１５０と完全に係合し、こうして、フィルターカートリッジ５４のフィルターカートリッジ開口端部キャップ６５とフィルターカートリッジハウジング５２との間の漏れ止め密封を確立する。
【００８６】
本開示とともに有用であると考えられる例示のＯリングは様々な材料で入手可能であり、例えば、デラウェア州ウィルミントン（Wilmington, Delaware）のデュポン・パフォーマンス・エラストマーＬＬＣ（DuPont Performance Elastomers LLC）から商品名「バイトン（VITON）」で入手可能な製品である、標準ブナＮ、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、シリコーン及びフルオロエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。
【００８７】
当業者には既知であるように、フィルターカートリッジ５４が長期間高流量フィルターカートリッジハウジング５２の中に設置されていると（例えば、特定用途に応じて、カートリッジはフィルターハウジング内に、最低約１週間〜約３ヵ月、場合によっては更に長く設置され得る）、Ｏリング１４２はプラグベース１５０のＯリング密封面１６２と固着してしまうと考えられる。このＯリング／プラグベースの固着が起こると、プラグベース１５０のＯリング密封面１６２とＯリング１４２との間の比較的大きな摩擦が原因で、フィルターカートリッジ５４をフィルターカートリッジハウジング５２から取り外すためには、Ｏリング／プラグベースの固着が起こる前にフィルターカートリッジをフィルターカートリッジハウジング５２から取り外すのに必要な力よりも、比較的強い力が必要である。
【００８８】
高流量フィルターカートリッジ５４を回転すると、Ｏリング１４２は、プラグベース１５０のＯリング密封面１６２に対して回転しないが、軸方向に動き、高流量フィルターカートリッジ５４のフィルターハウジングプラグベース１５０からの離脱をもたらすために必要なトルクを減少させ、これにより、高流量フィルターカートリッジ５４の高流量フィルターカートリッジハウジング５２からの取り外し及び交換が容易となることが観察されている。上記の特定の構成は、Ｏリング密封構造を有する既知のフィルターカートリッジの、まっすぐに押したり引いたりする設計に比べて、高流量フィルターカートリッジ５４に関して比較的小さな設置及び取り外しのためのトルク力しか必要としないことが見出されている。
【００８９】
図１は、プラグベース１５０内に完全に位置付けられた本開示の１つのフィルターカートリッジ５４と、プラグベース１５０内に位置付けられようとしている又は取り外されるプロセスにある第２のフィルターカートリッジ５４と、フィルターカートリッジハウジング５２に第３のフィルターカートリッジ５４を受容するであろう空のプラグベース１５０とを示している。
【００９０】
高流量フィルターカートリッジ５４をフィルターハウジングプラグベース１５０から離脱させるために、高流量フィルターカートリッジ５４をフィルターカートリッジハウジング５２内で、例えば、反時計回りに回転させると、Ｏリング１４２は、成形されたフィルターカートリッジ開口端部キャップ６５上に形成されたＯリング溝１６４の表面に対して実質的に同時にトラバースする一方で、プラグベース１５０のフィルターカートリッジハウジングのＯリング密封面１６２に結合する。
【００９１】
本明細書に開示されたシステム、物品、装置、並びにシステム、物品、及び装置の製造方法は、本開示の例示の実施形態を構成する一方で、本開示はこれらのまさにそのシステム、物品、装置、及び方法に限定されず、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変更がなされ得ることは理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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