(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタを通って流れる流体から一又は二以上の物質を除去するためのフィルタであって、
前記フィルタは、長軸と、第１及び第２の端面と、内周面と、外周面と、長手方向に延在する複数のプリーツとを含む、プリーツ付きフィルタ要素を有し、
各プリーツは、頂部と、谷底部と、一対の脚部とを有し、
各プリーツの前記脚部は、前記プリーツの前記頂部において互いに連結されると共に、前記プリーツの前記谷底部において隣り合うプリーツの脚部に連結され、前記プリーツの隣接する脚部は互いに接触し、
前記プリーツは、前記内周面から、湾曲し、弓状で、角度を成して、または直線的に非半径方向に、前記外周面まで延在し、
Ｄをフィルタ要素の外周面における外径とし、ｄをフィルタ要素の内周面における内径とし、ｔを各脚部の厚さとしたとき、前記フィルタ要素の前記谷底部における前記内周面から前記フィルタ要素の前記頂部における前記外周面まで延在し、かつ、脚部に沿う方向に計測された、各プリーツの高さは、（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、かつ、ほぼ（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］よりも小さく形成され、
前記プリーツ付きのフィルタ要素は、上流側側部と下流側側部を有するフィルタ媒体と、前記フィルタ媒体の前記上流側側部の上流に配置された上流側ドレン媒体と、前記フィルタ媒体の前記下流側側部から下流に配置された下流側ドレン媒体とを含むプリーツ付き複合体を有し、濾過流体は、前記上流側ドレン媒体に沿って前記フィルタ媒体まで流れ、前記上流側ドレン媒体は、濾過流体を、前記谷底部と前記頂部の間の前記プリーツに沿う前記フィルタ媒体の前記上流側側部まで、分配し、次いで、濾過流体は前記フィルタ媒体を通って流れ、前記フィルタ媒体は、前記フィルタ媒体を通って流れる流体から一又は二以上の物質を除去する濾過特性を有し、次いで、濾過された流体は前記下流側ドレン媒体に沿って前記フィルタ媒体から流れ、前記下流側ドレン媒体は、濾過された流体を、前記フィルタ媒体の前記下流側側部から前記谷底部と前記頂部との間の前記プリーツに沿って排出し、
前記フィルタは、更に、第１及び第２の端部エレメントを有し、前記第１及び第２の端部エレメントは、前記プリーツ付きのフィルタ要素の前記第１及び第２の端面に密封されて配置され、前記端部エレメントのうちの少なくとも一つは、開口端部エレメントである
ことを特徴とする、フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載のフィルタにおいて、前記上流側ドレン媒体と前記下流側ドレン媒体のうちの少なくとも一方は、メッシュで構成されている、前記フィルタ。
【請求項３】
請求項１に記載のフィルタにおいて、前記上流側及び下流側ドレン媒体のうちの少なくとも一つは、編まれ又は不織のファブリックを含む、前記フィルタ。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のフィルタにおいて、前記プリーツの脚部は、プリーツ部の高さの大部分に沿って接触している、前記フィルタ。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、各プリーツは、少なくとも、（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］のほぼ８０％の高さを有する、前記フィルタ。
【請求項６】
請求項１乃至５のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、前記フィルタは、更に、前記プリーツを保持するための保持装置を有する、前記フィルタ。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、前記フィルタはコアレスである、前記フィルタ。
【請求項８】
フィルタを通過する流体から一又は二以上の物質を分離するための前記フィルタであって、
前記フィルタは、長手方向軸と、第１及び第２の端面と、複数の長手方向プリーツとを有する円筒状のフィルタ要素を有し、
前記複数のプリーツは、上流側のドレン層、下流側のドレン層、及び前記上流側のドレン層と下流側のドレン層との間に配置されるフィルタ媒体を含み、
前記複数のプリーツは、それぞれ、頂部と基底部と一対の脚部とを有し、
前記一対の脚部は、それぞれ、第１の面と第２の面とを有し、
前記各プリーツの脚部は、前記頂部において互いに接合されると共に、前記基底部において、隣接するプリーツの脚部に接合され、
前記プリーツは重なり合った状態にあり、この状態において、各脚部のほぼ全高に亘って、かつ、フィルタ要素の軸方向長さの少なくとも約５０％の長さに延在する連続領域に亘って、一つの脚部の第１の面は前記プリーツの接合脚部の第１の面に密接し、かつ、前記一つの脚部の第２の面は隣接するプリーツの接合脚部の第２の面に密接し、各プリーツの高さは（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、ここで、Ｄは、前記複数のプリーツの複数の前記頂部における前記フィルタ要素の外径であり、ｄは、前記複数のプリーツの複数の前記基底部における前記フィルタ要素の内径であり、
前記フィルタは、更に、第１及び第２の端部エレメントを有し、前記第１及び第２の端部エレメントは前記円筒状のフィルタ要素の第１及び第２の端面に接続されることを特徴とする、フィルタ。
【請求項９】
請求項８に記載のフィルタにおいて、前記複数のプリーツは、前記フィルタ要素の前記基底部から前記頂部に向かって、湾曲して延在する、前記フィルタ。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載のフィルタにおいて、前記フィルタは、更に、前記プリーツを前記重なり合った状態に保持するために、前記プリーツ状のフィルタ要素の周囲に配置された保持装置を有する、前記フィルタ。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、前記第１および第２の端部エレメントは、第１及び第２の端部キャップからなり、前記第１及び第２の端部キャップのうちの少なくとも一つは、開放した端部キャップである、前記フィルタ。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、隣接するプリーツの間には実質的な空隙が存在しないように構成された、前記フィルタ。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のうちのいずれか一項に記載のフィルタにおいて、前記フィルタ要素の内周面と外周面の間の全ての空隙は、実質的に、プリーツ状のフィルタ要素によって充たされている、前記フィルタ。
【請求項１４】
フィルタを通って流れる流体から一又は二以上の物質を除去するためのフィルタであって、
前記フィルタは、長軸と、第１及び第２の端面と、内径ｄと、外径Ｄと、プリーツ付き複合体とを含む、円筒状のフィルタ要素を有し、
前記プリーツ付き複合体は、複数の頂部と、複数の谷底部と、複数の脚部とを有し、
前記脚部は、前記頂部及び前記谷底部において連結されて複数の長手方向のプリーツを画定し、前記プリーツは、湾曲し、弓状で、角度を成して、または直線的に非半径方向に延在し、
前記プリーツの隣接する脚部は互いに接触し、
ｔを各脚部の厚さとしたとき、各プリーツは、頂部と谷底部との間で脚部に沿う方向に計測された高さが（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、かつ、ほぼ（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］よりも小さい脚部を含み、
前記プリーツ付き複合体は、更に、フィルタ媒体と、上流側ドレン媒体と、下流側ドレン媒体とを有し、前記フィルタ媒体は上流面と下流面を有し、また前記フィルタ媒体は排出のための大きな表面の不規則性を有しておらず、前記上流側ドレン媒体は、前記フィルタ媒体の前記上流面の上流に、各脚部に沿って配置され、前記下流側ドレン媒体は、前記フィルタ媒体の前記下流面の下流に、各脚部に沿って配置され、
前記フィルタは、更に、第１及び第２の端部エレメントを有し、前記第１及び第２の端部エレメントは、前記円筒状のフィルタ要素の前記第１及び第２の端面に密封される
ことを特徴とする、フィルタ。
【請求項１５】
請求項１４に記載のフィルタであって、各脚部は所定の高さを有しており、隣接する脚部は異なる高さを有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のフィルタであって、前記脚部及びそれに隣接する脚部は、いずれも、高さが（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、かつ、ほぼ（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］よりも小さいことを特徴とするフィルタ。
【請求項１７】
請求項１４、１５または１６に記載のフィルタであって、隣接する脚部は、脚部の高さの大部分にわたって接触していることを特徴とするフィルタ。
【請求項１８】
請求項１４乃至１７のうちのいずれか一項に記載のフィルタであって、更に、前記円筒状のフィルタ要素の周囲に配される保持装置を有することを特徴とするフィルタ。
【請求項１９】
フィルタの製造方法において、
上流側ドレン媒体とフィルタ媒体と下流側ドレン媒体とを有する複合体を波形に成形して、複数のプリーツを形成する工程であって、各プリーツは、頂部と、谷底部と、一対の脚部とを有し、各プリーツの前記脚部は、前記プリーツの前記頂部において互いに連結されると共に、前記プリーツの前記谷底部において隣接するプリーツの脚部に連結されている、前記複数のプリーツを形成する工程と、
前記複数のプリーツを、第１及び第２の端面と、長手方向に延在するプリーツとを有する、円筒状のフィルタ要素に整える工程であって、前記プリーツの隣接する脚部が互いに接触し、Ｄをフィルタ要素の外周面における外径とし、ｄをフィルタ要素の内周面における内径とし、ｔを各脚部の厚さとしたとき、前記フィルタ要素の前記谷底部における前記内周面から前記フィルタ要素の前記頂部における前記外周面まで延在し、かつ、脚部に沿う方向に計測された、各プリーツの高さは、（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、かつ、ほぼ（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］よりも小さく形成されている、前記複数のプリーツを円筒状のフィルタ要素に整える工程と、
第１及び第２の端部エレメントを、それぞれ、前記プリーツ付きフィルタ要素の前記第１及び第２の端面に密封する工程であって、前記端部エレメントのうちの少なくとも一つは開口端部エレメントを有する、前記密封する工程と、
前記複数のプリーツの周囲に保持装置を配置する工程と、
を有することを特徴とする、フィルタの製造方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記複合体を波形に成形する工程は、各プリーツに、第１の脚部と前記第１の脚部よりも長い第２の脚部とを形成する、前記方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記複数のプリーツを整える工程は、前記プリーツの脚部をプリーツ部の高さの大部分に沿って接触させる工程を含む、前記方法。
【請求項２２】
請求項１９乃至２１のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記プリーツを整える工程は、長手方向に延在し、かつ、少なくとも、（Ｄ2−ｄ2）／［４（ｄ＋２ｔ）］のほぼ８０％の高さを有する、プリーツを備えた、フィルタ要素を形成する工程を含む、前記方法。
【請求項２３】
上流側のドレン層と下流側のドレン層との間に配置されるフィルタ媒体を含む複数のプリーツを、円筒状の、重なり合った状態に配置して、フィルタ要素を形成する工程であって、前記フィルタ要素は長手方向に延在する複数のプリーツを有し、前記複数のプリーツの高さは、それぞれ、Ｄを前記フィルタ要素の外径とし、ｄを前記フィルタ要素の内径としたとき、（Ｄ−ｄ）／２よりも大きな高さを有し、前記フィルタ要素は、前記脚部のほぼ全高に亘って、かつ、前記フィルタ要素の軸方向長さの少なくとも約５０％の長さに延在する連続領域に亘って、一つのプリーツの一つの脚部の第１の表面を前記一つのプリーツの接合した脚部の第１の表面に密接させ、かつ、前記一つの脚部の第２の表面を隣接するプリーツの接合した脚部の第２の表面に密接させた、前記フィルタ要素を形成する工程と、
前記フィルタ要素の少なくとも第１の端部を密封し、前記第１の端部において前記フィルタ媒体を通過する軸方向流れを防止する工程と、
を有することを特徴とする、フィルタの製造方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載のフィルタの製造方法において、更に、前記複数のプリーツを形成するために、前記フィルタ媒体と、前記上流側のドレン層と、前記下流側のドレン層とを含む、複合体を波形にする工程を含む、前記フィルタの製造方法。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載のフィルタの製造方法において、更に、前記プリーツを形成されたフィルタ複合体、即ち、フィルタ媒体の長手方向の端縁を、互いに密封する工程を有する、前記フィルタの製造方法。
【請求項２６】
請求項２３乃至２５のうちのいずれか一項に記載のフィルタの製造方法において、更に、前記複数のプリーツを開口が形成された芯材の周囲に配置する工程を含む、前記フィルタの製造方法。
【請求項２７】
請求項２３乃至２６のうちのいずれか一項に記載のフィルタの製造方法において、更に、保持装置を前記複数のプリーツの周囲に配置する工程を含む，前記フィルタの製造方法。
【請求項２８】
請求項２３乃至２７のうちのいずれか１項に記載のフィルタの製造方法において、更に、前記複数のプリーツの前記頂部に実質的に滑らかな丸みを形成する工程を含む、前記フィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、プリーツ型フィルタ部材、プリーツフィルタ部材の製造装置及びフィルタ部材をプレコート及びバックウオッシュする方法に関する。
半径方向に伸びる長手方向のプレコートを有する円筒形フィルタ部材は、フィルタ部材としては最も一般的なタイプであり、種々の流体、すなわち、液体またはガスを濾過するために使用される。この明細書を通して、「フィルタ」及び「濾過」は、例えば、多孔性媒体で流体をふるいにかけ、粒子を捕捉することによってそれを除去すること、また、例えばイオン交換樹脂または溶剤によって粒子を除去することを含む。典型的な円筒形て円筒形を規定している。横断面で見ると、このフィルタ部材の個々のプリーツはコアからフィルタ部材の外周に向かって半径方向外側に伸びている。接合したプリーツがコアの周縁に沿って互いに接触するように円筒形フィルタ部材に十分なプリーツを有することが好ましい。しかしながら、隣接したプリーツの間の間隙はコアの中心からの距離が増加するにつれて大きくなる。従って、典型的な円筒形のプリーツ型フィルタ部材において、隣接するプリーツの間に使用されない大きな間隙ができる。
隣接プリーツの間の未使用の間隙を埋めるためにフィルタ部材を大きくすることは、不可能である。今日のフィルタ産業において、フィルタ部材が包囲されるフィルタハウジングの寸法は、標準化されて来ている。従って、フィルタの設計者の主な課題は、フィルタ部材を現在のフィルタハウジングに使用することができるように、その外形寸法を変更することなく、フィルタ部材の濾過性能、すなわち、使用可能な表面積を大きくすることである。
円筒形プリーツ型フィルタ部材は非常に一般的であるが、典型的にはプレコートフィルタとしては使用されない。プレコートフィルタは、セプタム部材と称される非プリーツ型の多孔性支持構造体の外側にプレコートと称されるスラリがケーキとして適用されるフィルタのタイプである。プレコートがセプタム部材に適用された後、濾過する流体が、プレコート及びセプタム部材を通って流され、そこでプレコートは液体を濾過するために作用する。プリーツ型フィルタ部材は、セプタム部材の支持体としては使用されない。なぜならば、プリーツは、プレコートが適用されるとき、または液体がプレコートを通って流れるときにつぶれる傾向があるからである。
本発明は、端面及び端面に接続された不透過性端キャップとを有する円筒形フィルタ部材を有するフィルタを提供する。フィルタ部材は複数の長手方向のプリーツを有し、このプリーツの各々は、一対の脚部を有する。脚部の各々は、第１の面と第２の面とを有する。このプリーツは、各脚部の高さ全体にフィルタ部材の軸線方向の長さの少なくともほぼ５０％に伸びている連続領域上で各脚部の第１の面が隣接脚部の第１の面に接触し、各脚部の第２の面が隣接脚部の第２の面に接触するレイドオーバー状態（重なり合った状態）である。
本発明は、内径と、外径と、複数の長手方向のプリーツを有する円筒形フィルタ部材を有するフィルタを提供する。各プリーツは外径と内径との差より大きい高さを有する。フィルタは、フィルタ部材の周りを包む包囲部材を有する。
プリーツはレイドオーバー状態であり、各プリーツの高さは、外径と内径との間の差より高いので、プリーツの高さは同じ寸法の従来のフィルタの高さより高い。その結果、プリーツの高さに比例したフィルタとして使用できる本発明によるフィルタの表面積は非常に増大し、さらに長い寿命を得ることができる。
本発明を使用するフィルタは中空の中央部と円筒形の外周部とを有する。それは、濾過する液体がフィルタ部材を通って外周から中空の中央部に流れるアウトサイドイン流として使用でき、また液体が中空の中央部からフィルタ部材を通って外周に流れるインサイドアウトとして使用することもできる。
本発明は、長さが等しくない脚部を有するプリーツに、材料を形成するプリーツ装置を提供する。プリーツ装置は所定の間隙で間隔を置いたプリーツ表面を有するプリーツ形成部材及びストリッパ部材を有する。プリーツ表面の少なくとも一方は、湾曲しており、プリーツを形成する材料を支持するために支持面に対して鋭角で伸びている。プリーツ形成部材及びストリッパ部材は、互いに移動して間隙内に材料を押し付け、それによって、等しくない脚部を有するプリーツを形成する。プリーツが等しくない脚部を有する結果、それらは容易にレイドオーバー状態に形成される。本発明によるプリーツ装置は、一層の材料にプリーツを形成するだけではなく、多層の材料にプリーツを形成するために使用することができる。
さらに本発明は、長手方向の軸線及び複数の長手方向のプリーツを有するプリーツ型フィルタ部材を有するプレコートフィルタを提供する。プレコート層を支持するようになっているセプタム部材は、フィルタ部材の周りを包み、それに対して当接する。
好ましい実施例において、プレコートフィルタのプリーツ型フィルタ部材は、円筒形であり、フィルタ部材の長手方向の軸線に関して非半径方向に伸びているレイドオーバープレコートを有する。別の案として、プリーツは半径方向に伸び、くさび等によって互いに緊密に接触するようにプリーツを押し付ける。メッシュのような流れストレーナーが、流れの乱れがプレコート層に損傷を与えないように、セプタム部材の周りに配置される。本発明によるプレコートフィルタのプリーツ型フィルタ部材は、広い表面積を有することができ、プレコート層を通過する細かい粒子を捕捉することができ、それらがフィルタの下側に流れることを防止する。レイドオーバー状態で互いに緊密に接触するように押すことによって、フィルタ部材は、セプタム部材をさらに安定するように支持することができ、それによって、フィルタの圧力の変化に応じてプレコート層の割れを防止する。
さらに、本発明は、フィルタの組み立て方法、プリーツの形成方法及び濾過方法を提供し、それらのすべては添付した請求の範囲で定義される。
第１図は、フィルタの破断斜視図である。
第２図は、第１図のフィルタの一部の横断方向の断面図である。
第３図は、第２図の１つのプリーツの拡大断面図である。
第４図は、一端にインサートストリップを有するフィルタ構成の一部の概略斜視図である。
第５図は、フィルタ部材のプリーツをレイドオーバー状に形成する１つの方法を示す図である。
第６図乃至第１１図は、フィルタ部材を形成する方法及び装置を示す概略図である。
第１２図及び第１３図は、フィルタ部材を形成する他の方法及び装置を示す概略図である。
第１４図は、第９図の１つのプリーツの拡大側面図である。
第１５図は、プリーツ形成装置の側面図である。
第１６図は、第１５図のプリーツ形成装置の平面図である。
第１７図は、プリーツ形成装置の側面図である。
第１８図は、他のプリーツ形成装置の側面図である。
第１９図乃至第２１図は、フィルタ組立体を組み立てる方法及び装置を示す概略図である。
第２２図は、他のフィルタの破断概略図である。
第２３図は、プレコートフィルタの断面図である。
第２４図は、他のプレコートフィルタの断面図である。
第１図は、本発明によるフィルタの第１の実施例を示す。この実施例は、ほぼ円筒形の形状であり、複数の長手方向のプリーツ１１を有するプリーツ型フィルタ部材１０を有する。円筒形コア２０がフィルタ部材１０の内周に沿って同軸的に配置され、円筒形ケージまたはラップ３０がフィルタ部材１０の外周に沿って配置されている。
第２図及び第３図に示すように、各プリーツ１１は、フィルタ部材の外周のクラウン部１１ｂで互いに接続され、またフィルタ部材１０の内周のルート部１１ｃで隣接プリーツ１１の脚部１１ａに接続されている２つの脚部１１ａを有する。各脚部１１ａは、同じプリーツ１１の他の脚部１１ａの内面１１ｄに対向する内面１１ｄと、隣接プリーツ１１の脚部１１ａの外面１１ｅに対向する外面１１ｅとを有する。フィルタ部材１０が液体流が部材を通って半径方向内側に流れるように使用されるとき、脚部１１ａの内面１１ｄは、フィルタ部材１０の下流面を形成し、外面１１ｅはフィルタ部材１０の上流面を形成する。別の案として、フィルタ部材１０が液体流が部材を通って半径方向外側に流れるように使用されるとき、内面１１ｄ及び外面１１ｅは、フィルタ部材１０の上流及び下流面を形成する。
図面に示すように、各プリーツ１１の脚部１１ａの対向する内面１１ｄは、脚部１１ａ及びプリーツ１１の全体の高さｈにわたって、またフィルタ部材１０の軸線方向の長さの大きい部分にわたって伸びる連続領域上で互いに緊密に接触する。さらに、隣接プリーツ１１の脚部１１ａの対向外面１１ｅは、脚部１１ａ及び隣接プリーツ１１の全体の高さｈにわたって、またフィルタ部材１０の軸線方向の長さの大きい部分にわたって伸びる連続領域上で互いに緊密に接触する。ここでプリーツ１１及び脚部１１ａの（第２図に示すような）高さｈは、脚部１１ａの表面に沿った方向に測定され、フィルタ部材１０の内周から外周に伸びている。プリーツ１１の脚部１１ａの表面が緊密に接触し、各プリーツ１１の高さｈがフィルタ部材１０の内周及び外周の間の距離（すなわち、［Ｄ−ｄ］／２）より大きい第２図及び第３図に示す状態がレイドオーバー状態として好ましい。レイドオーバー状態において、例えば、プリーツは、湾曲または傾斜状態または直線状の非半径方向に伸びており、隣接したプリーツの間には間隙がなく、フィルタ部材１０の内周及び外周の間の容積のほぼ全体は、フィルタ部材１０によって占められ、濾過によって有効に使用することができる。
フィルタ部材１０は、それが折られてプリーツ１１を形成するプリーツ１１の半径方向内端及び外端で厚さｔを有する材料から形成されるので、プリーツ１１は、いくぶん丸くなる。その結果、プリーツ１１の半径方向内端では、隣接する脚部１１ａの対向する内面１１ｄの間に小さい３角形の間隙１１ｆが形成され、プリーツ１１の半径方向外端では、隣接する脚部１１ｂの対向する外面１１ｃの間に小さい３角形の間隙１１ｇが形成される。しかしながら、本発明においては、プリーツの高さに沿って測定されたこれらの間隙１１ｆ及び１１ｇの高さは極端に小さいことが好ましい。フィルタ部材１０の内径に接続する間隙１１ｆの高さは、約ｔ以下が好ましく、さらに好ましくは、約１／２ｔ以下であり、ｔは、第３図に示すようにフィルタ部材１０を形成する材料の厚さである。フィルタ部材１０の外径を接続する間隙の高さは、約４ｔ以下が好ましく、さらに約２ｔ以下が好ましい。プリーツ１１が鋭くなればなるほど、半径方向内端及び外端の丸みは小さくなり、間隙１１ｆ及び１１ｇの高さも小さくなり、濾過に利用できるフィルタ部材１０の内周と外周の間の容量の間の割合も大きくなる。
プリーツの隣接脚部１１ａの対向面は、フィルタ部材１０の全体の軸線方向の長さにわたって緊密に接触はしないが、緊密に接触する軸線方向の長さな長くなり、フィルタ部材１０の内周と外周との間の間隙がさらに有効に使用される。従って、隣接脚部１１ａは、連続領域上で緊密に接触し、この連続領域は、少なくとも約５０％、さらに好ましくは約７５％、最も好ましくは約９５乃至１００％のフィルタ部材の軸線方向ので長さにわたって伸びている。
フィルタ部材は、少なくとも１つの側に、好ましくは、上流側に、さらに好ましくはフィルタ媒体の上流及び下流側の双方に配置されたフィルタ媒体及びドレン装置とを有する。ドレン装置は濾過媒体の対向面が、互いに接触することを防止し、プリーツがオーバーレイド状態にあるとき、フィルタ媒体の表面のすべての部分に、またそこから液体が均一に流れることができるようにする。従って、実際にフィルタ媒体の表面積全体が濾過のために有効に使用される。
第１図の実施例において、フィルタ部材１０は、濾過媒体１２の３層構造、すなわち、濾過媒体と、濾過媒体１２の上流面上に配置された上流排出層１３の形態の上流ドレン装置と、濾過媒体１２の下流面に配置された下流ドレン層１４の形態の下流ドレン装置とから成る。ここで上流及び下流面は、フィルタが半径方向の内側に流れる液体を受けるとき、外面及び内面を言い、フィルタが半径方向の外側に流れる液体を受けるとき、内面及び外面を言う。
本発明に使用する濾過媒体のタイプについて特別の制限はなく、それは濾過する液体及び所望の濾過特性に従って選択することができる。濾過媒体１２は、液体、ガスまたはその混合物のような流体を濾過するために使用される。このフィルタは、多孔性フィルムまたは繊維シートまたは繊維物体を有する。それは一様なまたはグレード穴構造及び適当な有効穴の寸法を有する。それは、天然または合成のポリマー、ガラスまたは金属のような適当な材料から形成される。
フィルタ媒体１２は、一層からなるが、同じ媒体の複数の層は、互いに重なり所望の厚さに配置される。さらに、それは、異なる濾過特性、例えば１つの層が第２の層のためのプレフィルタとして作動する２つ、またはそれ以上の層を有することが可能である。
上流及び／または下流のドレン層は、濾過媒体として作用する小さい穴の中心領域と、ドレン層として作用する大きい穴を有する上流及び／または下流流域として作用する１つの一体の多孔性シートの領域である。しかしながら、ドレン層は、濾過媒体から分かれた層が好ましい。
上流及び下流ドレン層１３及び１４は、適当な縁部流特性、すなわち、表面に平行な方向に層を通る液体流に対する適当な抵抗を有する材料によって製造される。ドレン層の縁部流抵抗は、ドレン層の圧力低下が濾過媒体の圧力抵抗未満であるように十分低いことが好ましく、それによって濾過媒体の表面に沿って液体を均一に配分する。ドレン層は、メッシュまたはスクリーンまたは多孔性の織物または不織シートの形態である。
メッシュ及びスクリーン（いわゆるネッティング）は、種々のような形態である。高温の適用において、金属メッシュまたはスクリーンが使用されるが、低温の適用では、ポリマーメッシュが特に適している。ポリマーメッシュは、織物メッシュ及び延伸メッシュの形態である。いずれのタイプも使用することができるが、延伸メッシュが好ましい。なぜならば、それらは、より円滑であり、従って、フィルタ部材の接合層の腐食を小さくする。延伸メッシュは、平行なストランドの第１の組と、所定の角度で第１の組のストランドに交差する平行なストランドの第２の組とを有する。延伸メッシュは、対称形または非対称形のいずれかに区別される。対称的なメッシュにおいて、ストランドの第１または第２の組のいずれもが、メッシュのいわゆる「機械方向」には伸びておらず、この方向は、メッシュがメッシュ製造機械から現れる方向を言う。非対称形のメッシュにおいて、ストランドの組の一方は、機械方向に平行に伸びている。本発明において、対称形または非対称形のメッシュのいずれかを使用することができる。非対称形のメッシュは、対称形のメッシュより厚さ毎に対する縁部流への抵抗が幾分小さい。従って、与えられた縁部流抵抗において、非対称形メッシュは、対称形メッシュよりさらに薄くなり、非対称形メッシュを使用するフィルタ部材１０のプリーツの数は対称形メッシュを使用する同じ大きさの寸法のフィルタ部材より多くなる。他方対称形メッシュは、プリーツ型フィルタ部材１０を製造するとき、作業が容易である利点を有する。
メッシュはそれらの厚さ及びインチ毎のストランドの数が特徴である。これらの寸法は、特定の値に制限されず、メッシュの所望な縁部流特性及び所望な強度によって選択することができる。典型的にはメッシュは、２．５４センチメートル（１インチ）当たり少なくとも１０ストランドのメッシュ数を有する。
本発明の実施例において、プリーツの対向面は緊密に接触する。その結果プリーツの各脚部のドレンメッシュのストランドは、隣接するプリーツの脚部のドレンメッシュのストランドに押される。２つの対向面のメッシュのストランドは、もつれることなく、すなわち、互いに重ならず互いの間に入り込む傾向がある。これはメッシュの排出特性を低下させ、濾過媒体の排出を行う能力を低下させる。非対象のメッシュにおいては、フィルタ部材１０を波形に形成するとき、ストランドがもつれることを防止するように、機械方向のストランドがそこから離れないように濾過媒体に向かうメッシュの側部になるように注意しなければならない。しかしながら、対称形のメッシュに関しては、機械方向のストランドはなく、メッシュの表面が濾過媒体に向かうことが重要ではなく、濾過媒体１０の組み立てにおいてあまり注意を必要としない。
メッシュが対称形か非対称形かに無関係に、メッシュのストランドは、メッシュが次のような向きであるならばもつれを防ぐことができる。ストランドの第１の組が濾過媒体に向いているメッシュの側方にあり、ストランドの第２の組がストランドの第１の組によって濾過媒体から分離されていると仮定すれば、ストランドの第２の組は、それが０と９０°の間の角度でフィルタ部材の長手方向の軸線と交差する線に沿って伸びているならば、プリーツがレイドオーバー状態のとき、もつれが防止される。もし、ストランドの第２の組が０と９０°の間の角度でフィルタ部材の長手方向の軸線と交差する線に沿って伸びているならば、すなわち、もしストランドの第２の組がフィルタ部材の軸線に平行か垂直であるならば、ストランドの第２の組がもつれる可能性がある。しかしながら、これらの制限の間の所定の角度で、ストランドの第２の組はもつれることなく互いに重なる。
もしメッシュがそのように向いているとき、プリーツ１１がレイドオーバー状態をとるとき、プリーツの各脚部のメッシュの第２のストランドに正接する表面は、隣接脚部のメッシュの第２のストランドに正接する表面に緊密に接触する。
適当に延伸したポリマーメッシュの特定の例は、ナルテックス、ジコット及びウルトラフローの商標名でネールプラスティック（オースティン社）から市販されている。
メッシュはフィルタ媒体が繊維レイドダウン媒体であるときにドレン層として特に適している。他方において、濾過媒体が薄膜であるとき、ドレン層として使用するのには織物または不織繊維がさらに適している。なぜならば、織物はメッシュよりさらに円滑であり、濾過部材の接合層の腐食をさらに低減するからである。ドレン層として使用する適当な不織布の一例は、リーメイ２０１１として市販されているポリエステル不織布である。
上流及び下流のドレン層１３及び１４は、同じ構造かまたは異なる構造であってもよい。濾過媒体１２の圧力低下は、最も低く、フィルタの寿命は、ドレン層が同じ縁部流抵抗を有するときに、最も長くなる。従って、それらは、ドレン層１３及び１４が同じ材料から製造されているかどうかに無関係に、縁部流に対する同じ抵抗を有するように選択されることが好ましい。製造を容易にするために、ドレン層１３及び１４の双方の材料として同じ材料を使用することが有利であり、それによって、双方のドレン層を通る同じ縁部流を保証する。
別の案として上流及び下流のドレン層１３及び１４は異なる特性を有し、これらの特性は、所望の効果を与えるために変化する。例えば、濾過媒体の厚さが、例えば包囲体内に濾過媒体の表面積を固定するために固定される場合には上流のドレン層の厚さは、下流のドレン層の厚さより厚い。これは、濾過媒体の上流側にさらに大きいケーキ空間を提供するが、それは濾過媒体の下流側の均一な流れ配分を犠牲にする。
フィルタ部材１０を形成するフィルタは濾過媒体１２及びドレン層１３及び１４に加えて他の層を有する。例えば、フィルタを設置する流体装置の圧力が変化する間にプリーツが延び接触して、ドレン層にこすれて接触することによる摩耗を防ぐために、濾過媒体とドレン層の双方との間にクッション層が配置される。このクッション層は、好ましくは、ドレン層より円滑で、濾過媒体１２より摩耗抵抗が大きい材料から形成されることが好ましい。例えば、ドレン層が延伸ナイロンメッシュから製造されるときに、適当なクッション層の一例としてシーメイ社によって商品名リーメイ２２５０として販売されるポリエステル不織布である。
フィルタ部材１０を形成する層は波形部形成の前または後で従来のフィルタ製造技術によって複合体に形成される。
従来技術において、密接な間隙のプリーツを有するフィルタ部材で適切な排出を保証するために、排出通路をつくるためにプリーツの表面に溝のような大きな不規則な表面を形成する必要がある。典型的にはエンボス加工のような方法によって形成されたこれらのような溝は、濾過のために利用できる濾過材料の容量を非常に小さくした。本発明において、ドレン層は、互いに緊密に接触するときにも適当な排出を行うことができ、従って、プリーツの大きな表面の不規則性は必要ではない。従って、フィルタ部材１０を形成する濾過複合体の層の各々は、ほぼ平坦な面を有する。
コア２０は、半径方向の力に対してフィルタ部材１０の内周を支持し、曲げに対してフィルタに軸線方向の強さ及び剛性を与える助けとなる。コア２０は、従来の設計であり、異なる強度を有するように、濾過されている流体と矛盾しない材料で製造することができる。コア２０の外側と中心との間を液体が通過することができるようにするためにコア２０の壁を通る開口部が形成されている。
フィルタ部材１０の外側から内側に流体が流れるときに、コア２０の存在は望ましくない。しかしながら、フィルタ部材１０に作用する力に応じて、コア２０を省略することが可能である。例えば、フィルタ部材１０を通る流体流が内側から外側に流れるとき、フィルタ部材１０への半径方向内側の力は、なくなるか、コア２０が不必要になる程小さくなり、フィルタの重量を小さくすることができる。
本発明のフィルタはフィルタ１０のプリーツをレイドオーバー状態に保持する装置を有する。本実施例において、この装置は、フィルタ部材１０を包囲する外側ケージ３０を有する。ケージ３０は、液体が通過するように形成された開口部を有する従来の設計である。ケージを製造する材料は、濾過する液体及び濾過状態に基づいて選択することができる。
通常、本発明によるフィルタは、フィルタ部材１０の一端または両端に端部キャップ４０を備えている（その内の一方だけを第１図に示す）。端部キャップ４０はブラインド型か、オープン型の端部キャップであり、それらを形成する材料及びそれらの形状は、濾過条件及び端部キャップを接続する部材の材料によって選択することができる。好ましくは、端部キャップ４０は、フィルタ部材１０に取り付けられるが、それらはコア２０またはケージ３０に取り付けることもできる。端部キャップをフィルタ部材１０に取り付けるために、エポキシ、（米国特許第４，１５４，６８８号に示すように）ポリキャッピング、またはスピン溶接のような従来の技術を使用することができる。
フィルタ部材１０の端部で流体が漏れないように、流体がフィルタ部材１０の端面を通過しないように端部キャップ４０とフィルタ部材１０との間で良好な密封を行うことが望ましい。しかしながら、フィルタ部材１０と端部キャップ４０が、互いに相性がよくないときには良好なシールを得ることが困難である。このような場合、端部キャップ材料との良好な相性を有する材料のストリップの形態のインサートをフィルタ部材１０の端部に波形に形成することができる。第４図は、フィルタ複合体の２つの層の間に波形に形成されたインサート１５を有するフィルタ部材の一部を示す。端部キャップ４０を取り付けるとき、インサート１５は、フィルタ部材１０の両端と端部キャップ４０との間に良好なシールを形成することができる。例えば、端部キャップがフルオロポリマーで製造されているとき、フルオリネートエチレンポリエチレン（ＦＥＰ）のような他のフルオロポリマーのストリップをインサート１５としてフィルタ部材１０の端部に波形に形成することができる。インサート１５は、フィルタ媒体を端部キャップに結合するのに十分な広さが必要なだけであり、従って、第４図に示すように、それは、正規にはフィルタ部材１０の軸線方向の長さの一部のみに延びている。インサート１５の典型的な幅は、約１．２７センチメートル（約０．５インチ）である。
第１図に示すフィルタ部材１０は、種々の技術によって製造される。１つの技術において、フィルタ複合体は、プリーツを適当な長さまたは適当な数に切断された波形シートを形成するために波形に形成され、次に円筒形に形成される。波形シートの長さ縁部は従来の装置によって互いに密封され、円筒形フィルタ部材１０を形成する。フィルタ部材１０のプリーツはフィルタ部材１０がケージ３０に挿入されるとき、重ねられる。フィルタ部材１０がケージに適合された後、コア２０がフィルタ部材１０の中空の中央部に挿入され、端部キャップ４０は、フィルタ部材１０の端部に取り付けられて完成したフィルタを形成する。
第５図は、プリーツを重ねる１つの方法を示す。この方法において、フィルタ部材１０はケージに接合する出口（第５図の左端）を有する漏斗形状のツール６０の口に長手方向に挿入される。フィルタ部材１０がツール１０に押し込まれると同時に手または機械によってねじられ、プリーツを互いに重なるようにする。ツール６０の寸法は、出口でフィルタ部材１０がケージ３０にスライドするだけ十分に小さい外径を有するように選択される。
プリーツを円筒形に形成する前に波形のシート１０のプリーツをレイドオーバー状に形成することができる。例えば、フィルタ複合体がコルゲータを通過してほぼ平坦な波形シートを形成した後、シートは、２つの平坦面の間で押されて、平坦にされ、プリーツを互いに対してレイオーバーすることができる。平坦にされた波形シートを円筒形に曲げ、シートの端部を密封して円筒形のフィルタ部材１０を形成する。
もし鋭い折り目に対して外側のプリーツの頂点に円滑な半径がある場合には、フィルタ部材のプリーツ上にさらに容易に重ねられる。円滑な半径を生じる１つの方法は、波形を形成中にフィルタ波形複合体の下流側にストリップアウトペーパーと称される使い捨ての紙の層を配置することである。ストリップアウトペーパーは、プリーツの部品になり、所望の円滑な半径を形成する。次にストリップアウトペーパーは、波形が完了した後、複合体が円筒形に形成される前に複合体を滑り出る。ストリップペーパーとして使用する材料は重要ではない。適当な材料の一例は、円滑な紙である。ストリップアウトペーパーの厚さは、複合体の他の層の厚さを計算して波形複合体の所望の曲げ半径に基づいて選択することができる。
フィルタ部材を製造する他の技術は、接合脚部がわずかに異なる長さを有するプリーツを形成することを可能にする。多くのフィルタ部材、特に複数層の複合体から形成されたフィルタ部材において、もし各プリーツの接合縁部がわずかに異なる長さであれば、フィルタ部材をレイオーバー状態に形成するにおいてさらに容易に信頼性を増大することができる。これらのプリーツは不等脚部を備えたプリーツと称される。
本発明によるプリーツの形成方法及び装置の好ましい実施例は、第６図乃至第１１図を参照して説明するが、それらの図面は、本発明のプリーツ形成方法において１つのサイクルを示す。これらの図面に示すように、プリーツ部材及びストリッパ部材によって、平坦なプリーツ形成テーブル１００のような支持体上で形成される。本発明の１つの観点によれば、プリーツは、プリータ部材とストリッパ部材の表面の間に形成され、これらは、プリーツ形成テーブル１００から、鋭角で、好ましくは、９０°未満で、さらに好ましくは、約１５°から約７５°の範囲内で、最も好ましくは、約３０°乃至約６０°の範囲内で、例えば４５°で曲がるか傾斜している。例えば、プリータ部材は、プリーツ形成くさび１０１と称されるくさび形部材であり、ストリッパ部材は、ストリッパナイフ１０２と称される薄いプレートである。プリーツ形成くさび１０１は、プリーツ形成テーブル１００の上面に関して昇降し、それに平行に前後に移動する。便宜のために、プリーツ形成テーブル１００の表面は、通常の水準であり、水準面は、本発明の方法においては必要ではない。
波形にされる材料１０３は、リール１０４のような適当な装置によって、プリーツ形成テーブル１００上に送られる。材料１０３は一枚のシートまたは層であり、または、濾過媒体及び１つまたはそれ以上の排出層のような複数の層から成る。リール１０４に収納する前に層を複合体に形成するか、個々の層を分かれたリールに収納するか、層にプリーツを形成するとき、複合体を形成するように、プリーツ形成テーブルに同時に送る。
図面に示すように、プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａとストリッパナイフ１０２の後面１０２ａ（プリーツ形成くさび１０１に対向する面）は、同じ角度によってプリーツ形成テーブル１０に関して双方が傾斜しているが、同じ角度である必要はない。その理由は、これらの表面が鋭角で延びているからであり、また、それらが湾曲しているからである。本発明の方法は、等しくない長さの接続脚部を有するプリーツを形成することができる。
第６図は、プリーツ形成くさび１０１が図面の点Ａに配置されているプリーツ形成サイクルの開始を示すものである。この位置において、プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａは、形成することのできるプリーツの高さに依存した所定の距離によってストリッパナイフ１０２の後面から間隔を置いている。プリーツ形成くさび１０１の下面はプリーツを形成する材料１０３と摩擦を生じるよに接触しており、ストリッパナイフ１０２の下端は、材料を保持するように材料１０３を押し付ける。
次にプリーツ形成くさび１０１は、第７図の矢印の方向にストリッパナイフ１０２に向かって点Ａから移動し、プリーツ形成くさび１０１の下面は、プリーツを形成する材料１０３と摩擦を生じるように残る。同時にストリッパナイフ１０２は、静止するように維持される。プリーツ形成くさび１０１とプリーツを形成する材料１０３との間の摩擦接触によって、ストリッパナイフ１０４に向かうプリーツ形成くさび１０１の動きは、プリーツ形成くさび１０１と、ストリッパナイフ１０２との間に配置された材料１０３の一部をプリーツ形成テーブル１００の表面からふくらんだ、ふくらみ１０５の形態で上方に曲げるようにする。
プリーツ形成くさび１０１がストリッパナイフ１０２にさらに接近するように移動するとき、プリーツを形成する材料のふくらみ１０５は、第８図に示すようにプリーツ１１の形状に折られ始める。プリーツ形成くさび１０１がさらに第９図の点Ｂに前進すると、材料１０３がプリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａとストリッパナイフ１０２の後面１０２ａとの間で圧縮され、１つのプリーツ１１を形成する。
ストリッパナイフ１０２がプリーツ形成テーブル１００から上昇し、同時に図面で時計方向に旋回する。ストリッパナイフ１０２が、上昇すると、その後面１０２ａは、丁度形成されたプリーツ１１に沿って摺動し、プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａに対してプリーツ１１を押し付ける。ストリッパナイフ１０２の後面１０２ａがプリーツ１１の上端から離れるとき、ストリッパナイフ１０２の後面１０２ａは、第１０図に示すようにプリーツくさび１０１の前面１０１ａに接触する。次にストリッパナイフ１０２が降下し、その後面１０２ａが第１１図に示すように下縁がプリーツを形成する材料に接触するまでプリーツ形成くさび１０１と丁度形成されたプリーツ１１との間でプリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａに沿って摺動する。ストリッパナイフ１０２の昇降中に、プリーツ形成くさび１０１は、ほぼ静止するように維持される。
次に、ストリッパナイフ１０２は静止するように維持され、材料を静止するように保持し、プリーツ形成くさび１０１は点Ａに戻ってプリーツ形成サイクルを完了する。点Ｂから点Ａに戻るように走行する場合プリーツ形成くさびの通路は、材料が後ろに引かれないように、プリーツ形成くさび１０１の下面が、プリーツを形成する材料の１０３の表面上に上昇する。例えば、プリーツ形成くさび１０１は、第６図でＢ−Ｃ−Ｄ−Ａのように指示した直線の形を有する通路に沿って移動することができる。別の案として、プリーツ形成くさび１０１は、点Ｂから点Ａに向かう弧状通路に沿って移動することができる。くさびが点Ａに戻ったとき、上記した処理が繰り返される。
第６図乃至第１１図に示すサイクルの各時間に新しい１つのプリーツが形成される。それはストリッパナイフ１０２によって右に移動され、既に形成され、図面でストリッパナイフ１０２の右側に積層されているプリーツ１１に接続される。完成したプリーツ１１の全体のグループは、ストリッパナイフ１０２の移動によって次第に右に押される。上述したサイクルを対応する時間繰り返すことによって所望の数のプリーツを形成することができる。完成したプリーツのグループはプリーツ形成テーブルから転がって出ることが有利である。
第１２図及び第１３図は、クリーザーバー１０９の作動を示す概略図である。これらの図は、プリーツ形成装置がプリーツ形成テーブル１００のギャップ１１０を通って上下に移動するクリーザーバー１０９を有することを除いて第６図乃至第１１図と類似している。これらの図面において、プリーツくさび１０１が点Ｂから点Ａに向かって移動し始め、クリーザバー１０９は、プリーツ形成テーブル１００でプリーツ形成テーブル１００の表面上で間隙を通って突出するようにされる。クリーザバー１０９がプリーツ形成テーブルの表面上に突出するとき、それは材料１０３に接触して例えば、しわをつくることなく材料を上方にくさび型に押す。クリーザバーの上縁部は、プリーツのクレスト部またはルート部になる材料の折り目を形成することができる。プリーツくさび１０１が点Ｂにさらに近づくと、クリーザバー１０９はプリーツくさび１０１がプリーツ形成テーブル１００の間隙１１０上を通過することができるようにプリーツ形成テーブルの表面の下に引っ込むことができる。プリーツ形成方法は、他の部分は第６図乃至第１１図に関して説明したと同様である。
第１４図は、第６図乃至第１３図に示した方法によって形成することができるプリーツ１１の拡大図である。プリーツは２つの脚部１１ａ′１１ａ″を有し、その内の一方は、プリーツ形成くさびの前面１０１ａに接触し、その他方はストリッパナイフ１０２の後面１０２ａに接触している。プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａは鋭角によってプリーツ形成テーブル１００に関して傾斜しているので、プリーツ形成くさび１０１の前面に接触する脚部１１ａ′の長さＬ１は、同じプリーツ１１の結合脚部１１ａ″より短い。ここでこの長さは、プリーツを形成する材料がそれ自身の上に折り曲げられる点の間を測定する。プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａが、角度θによってプリーツ形成テーブル１００の表面に関して傾斜し、材料１０３の厚さがｔであるならば、接続脚部１１ａ′、１１ａ″の長さＬ１とＬ２の間の差は、ほぼＬ２−Ｌ１＝２ｔ／ｔａｎθ1である。長さの差は、プリーツ形成くさび１０１の角度を適当に選択することによって所望の値に設定される。この長さの差によって本発明の方法によって形成されたプリーツをレイドオーバー状態に容易に形成することができる。
本発明のプリーツ形成装置の多数の部品は、マサチューセッツ社のチャンドラーマシン社によって製造されるモデル１０１４８プリーツ形成マシンにような市販されているプシュバータイプのプリーツ形成マシンと同様である。プリーツの形成は、第１５図及び第１６図に示すようにプリーツ形成テーブル１００の上で実施される。典型的なプリーツ形成マシンにおいて、プリーツ形成テーブル１００は２つの部分１００ａ及び１００ｂを有し、１００ｂは互いに関して水平方向に移動して２つの部分の間に所望の大きさの間隙を形成する。可動部分１００ａ及び１００ｂが間隙によって分かれているとき、クリーザバー１０９は、プリーツ形成方法において補助するために図示した駆動機構によって間隙内で上下に移動することができる。クリーザバー１０９を使用しない場合には、プリーツ形成テーブル１００の２つの部分１００ａ及び１００ｂが当接するか、プリーツ形成テーブル１００を１つの部品に形成しクリーザバーを省略することができる。
第１５図において、プリーツを形成している材料は、３つの異なるリール１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃからプリーツ形成テーブルに送られる３つの異なる層のフィルタ複合体１０３である。層１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、同じかまたは異なる材料で製造することができる。この例において、中間リール１０４の材料１０３ｂは濾過媒体であり、上部及び下部リール１０４ａ及び１０４ｃの材料は濾過媒体１０３ｂの上流及び下流面のドレン層として作用する延伸メッシュである。
プリーツ形成装置は、プッシャバー１１１と称されるほぼＬ形状の断面を有するバーを備えている。プッシャバー１１１は、閉鎖した通路に沿って移動するようにプリーツ形成テーブル上に可動に配置されており、その少なくとも一部分がプリーツ形成テーブル１００の表面に平行に延びている。この実施例において、プッシャバー１１１は、第１５図の点Ａ′−Ｂ′−Ｃ′−Ｄ′によって指示される４つの線の閉鎖通路に沿って駆動される。プッシャバー１１１は、本発明によるプリーツ形成装置に使用する必要はなく、プッシャバー１１１及びその関連駆動機構１１２はプリーツ形成くさび１０１を駆動する装置として作用する。
プリーツ形成くさび１０１は、２つが１つのユニットとして一緒に移動するように、ボルトまたは他の適当な装置によってプッシャバー１１１の前端にしっかりと固定されている。本発明の１つの観点において、プリーツ形成くさび１０１は、プリーツ形成テーブル１００の表面に関して一定の鋭角θ１を有する前面を有する。好ましくは、プリーツ形成くさび１０１の少なくとも１つの前面１０１ａは、濾過部材複合体１０３の幅と同じかそれより大きい幅を有する。
プッシャバー１１１が通路Ａ′−Ｂ′−Ｃ′−Ｄ′に沿って移動するとき、プリーツ形成くさび１０１はＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄに沿って移動する。プリーツ形成くさび１０１は、プリーツ形成テーブル１００に平行に延びる下面を有する。プッシャバー１１１が通路の脚部Ｄ′−Ａ′に沿って移動するとき、プリーツ形成くさび１０１の下面はプリーツを形成するフィルタ複合体１０３と摩擦接触するように降下する。プリーツ形成くさび１０１が濾過複合体１０３に摩擦接触する限り、プッシャバー１１１が脚部Ａ′−Ｂ′に沿って移動するとき、プッシャバー１１１の下面が濾過媒体１０３から離れることができる。要するに、プッシャバー１１１の下面は、プッシャバー形成くさびの下面と同一面である必要はない。プッシャバー１１１の水平方向の行程、すなわち、脚部Ａ′−Ｂ′に沿った距離は、容易に調整可能であり、行程の長さに依存するプリーツの高さは、所望の値に設定することができる。プッシャバー１１１が、脚部Ｂ′−Ｃ′に沿って上昇し、脚部Ｃ′−Ｄ′に沿って後方に走行するとき、プリーツ形成くさび１０１は脚部Ｂ−Ｃに沿って上昇し、脚部Ｃ−Ｄに沿って移動し、プリーツ形成くさび１０１の下面はフィルタ複合体１０３がプッシャバー形成くさび１０１のよって後方に引かれないように駆動機構１１２及びプッシャバー１１１によって濾過媒体１０３上に上昇する。ストリッパナイフ１０２は、スライダ１１３と通常称される往復動部材上に旋回可能に取り付けられている。スライダ１１３は、プリーツ形成くさび１０１の対向する側面に配置され、駆動機構１１４によって垂直方向の通路に沿って昇降する。この実施例の動作中に、スライダ１１３及びプッシャバー１１１並びにクリーザバー１０９のタイミングは駆動機構１１２に結合される従来の機構または電気的なコントローラによって制御することができる。ストリッパナイフ１０２は、濾過複合体１０３の幅と同じかまたはそれより広い幅を有する。ストリッパナイフ１０２の上端は、ストリッパバー１１５と称されるバーに固定され、２つのスライダ１１３の間に取り付けられているピンによってスライダ１１３に旋回可能に支持されている。ストリッパナイフ１０２の下端は、複合体１０３が動くことがないように拘束することができるように、プリーツ形成テーブル１００の近傍に接近するように延びており、プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａから完成したプリーツを分ける際に補助となるように傾斜している。ストリッパバー１１５は、ストリッパナイフ１０２がプリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａに向かって付勢されるようにばねのような図示しない付勢部材によって図面で時計方向に付勢される。別の案として、ストリッパバーの旋回軸は、ストリッパナイフの重量が、ロッドの周りでストリッパナイフに時計周りのトルクを与え、それによってストリッパナイフをプリーツ形成くさびに向かって付勢するように選択することができる。ストリッパバー１１５はピンのような図示しない停止部材によって第１５図に示す位置を越えて反時計周りに回転することが防止される。
図示した実施例において、プリーツ形成くさび１０１の前面に対向するストリッパナイフ１０２の後面１０２ａは平坦である。本発明の他の観点において、ストリッパナイフ１０２が第１５図の位置にあるとき、後面１０２ａは、プリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａの傾斜角度θ１に接近するプリーツ形成テーブル１００の面に関して一定の鋭角θ2を有する。ストリッパナイフ１０２の後面の傾斜はプリーツ形成くさび１０１とストリッパナイフ１０２との間のくさび形状の間隙が形成されるようにプリーツ形成くさび１０１の前面１０１ａの傾斜よりわずかに小さいか等しいか、好ましくは、例えば約５°程大きい。このくさび形状の空間は、等しくない脚部でプリーツを形成する際に補助となる。
本発明を使用する他のプリーツ形成装置の一部を示すが、それは第１５図及び第１６図に示すプリーツ形成装置と類似している。前の実施例に示すように、ストリッパナイフ１０２はストリッパバー１１５に固定され、ストリッパバー１１５はプリーツ形成クサビの反対側に配置された２つのスライダ１１３によってロッド１１６を通して旋回可能に支持されている。この実施例の各スライダ１１３は、ほぼＬ形状を有し、これは、プリーツ形成テーブル１００の表面から上方に伸びる第１の脚部１１３ａと、プリーツ形成テーブル１００にほぼ平行に伸びる第２の脚部１１３ｂとを有する。ストリッパバー１１５は第１５図の実施例のストリッパバー１１５のようにプリーツ形成くさび１０１に関して同じ場所になるように第２の脚部１１３ｂに旋回可能に取り付けられている。各スライダ１１３の第１の脚部１１３ａは、クリーザバー１０９の動きを干渉しないように第１５図のスライダ１１３の場所から間隔を置いている。プリーツ形成テーブル１００の２つの部分１００ａ、１００ｂは、クリーザバー１０９が通過するのに十分大きな間隙１１０を提供するために互いに離れている。クリーザバー１０９は前述したように、図示しない駆動機構によって昇降することができる。クリーザバー１０９は、プリーツを形状するフィルタ複合体１０３の幅と同じかそれより大きい幅を有する。この実施例の構造及び動作は、第１５図及び第１６図のものに類似している。
前の実施例において、プリーツ形成くさび及びストリッパナイフの対向面は、双方が平坦であり、対向面の間で形成される各プリーツは、ほぼ直線である。しかしながら、プリーツ型フィルタ部材が円筒形状にレイドオーバー状態に形成されるとき、個々のプリーツは横断面方向から見るとき、湾曲した形状をとり、プリーツの各脚部は、フィルタ部材の内周から外周への弧に沿って伸びている。従って、プリーツがプリーツ形成時に湾曲した輪郭を有するように形成されるならばフィルタ部材のプリーツ上に容易に重なる。
第１８図は、等しくない脚部を有する湾曲したプリーツを有する湾曲プリーツを製造することができる本発明の他の実施例を示す。この実施例において、プリーツ部材１０１及びストリッパナイフ１０２の対向面１０１ａ１０２ａは、少なくともプリーツ形成中にフィルタ複合体に接触する場所で双方が湾曲している。種々の湾曲、直線または不規則な形状は対向面として適しているが、図示した実施例においては、表面は弧状である。プリーツ形成形成部材１０１は、所定の曲率半径を有する前面を有し、この曲率は、２つの面１０１ａ、１０２ａがプリーツ形成テーブル１００の表面から距離が増大すると寸法が大きくなる間隙によって分かれるようにストリッパナイフ１０２の後面１０２ａに沿った曲率より小さいことが好ましい。この間隙は、不等脚部を有するプリーツを形成する際に補助となる。図示した実施例において、ストリッパナイフ１０２はスライダ１１３上に旋回可能に取り付けられており、このスライダ１１３は、第１５図のスライダ１１３と類似しており、プリーツ形成テーブル１００の２つの部分１００ａ，１００ｂ及びクリーザバー１０９は、プリーツ形成テーブル１００の下の非作動位置に維持される。プリーツの形成は、第６図乃至第１３図に示す方法で第１８図の実施例を使用して実施され、例えば、フィルタ複合体をプリーツ形成部材１０１とストリッパナイフ１０２との湾曲面の間を通過させて円筒形のレイドオーバー状態に容易に形成することができる湾曲した脚部、好ましくは、不等長さを有するプリーツを形成する。
本発明によってフィルタ複合体にプリーツを形成した後、プリーツ形成装置から出たプリーツ型フィルタ複合体は、意図したフィルタ部材の寸法によって決定されたプリーツの所定の長さまたは所定の数に切断される。プリーツ型フィルタ複合体は円筒形状に形成され、プリーツ付きフィルタ複合体の長さ方向の縁部は、従来の装置によって互いに密封されて円筒形のプリーツ型フィルタパックを形成する。フィルタパックのプリーツは、プリーツの高さ一部でプリーツの接続脚部の対向面が互いに接触するレイドオーバー状態に形成される。プリーツは湾曲脚部及び／または不等脚部を有するので円筒形のプリーツフィルタパックをレイドオーバー状態に形成することは、非常に容易になる。
第１９図乃至第２１図は、円筒形プリーツフィルタ部材をレイドオーバー状態に形成する１つの適当な方法を示す。チャック１２０に従来の有効円筒形コア２０が配置され、本発明の方法によって形成されたプリーツを有する円筒形のプリーツフィルタが第１９に示すようにコア上にゆるく配置されている。レイドオーバーフィルタ部材１０の所望の外径に対応する内径を有する環状部材１２２は、フィルタ部材１０の上端に配置され、第１９図の矢印によって示すように下方に押される。フィルタ部材１０のプリーツはレイドオーバー状になされる前にゆるくパックされ、フィルタ部材１０の上端のプリーツは、管状部材１２２の下端に適合することができるように容易に圧縮することができる。管状部材１２２がフィルタ部材１０上を下流に押されるとき、フィルタ部材１０のプリーツはフィルタ部材１０の外径が管状部材１２２の内径に合致するまで互いに重ねられる。
管状部材の全体の長さがフィルタ部材１０に適合した後、管状部材１２２レイドオーバーフィルタ部材及びコア２０は、１つのユニットとしてチャックから除去され、第２０図に示すように他のチャック１２３に配置される。このチャック１２３は接続ロッド１２６によって上方ベース１２５を支持する下方ベース１２４を有する。上方ベース１２５は、ディスク形状であり、好ましくは、管状部材１２２の内径より小さいが、レイドーオーバーフィルタ部材１０の内径より大きい直径を有する。レイドーオーバーフィルタ部材１０の所望の外径に対応する内径を有する従来の有孔円筒形ケージ３０が管状部材１２２に配置され、第１９図の矢印の方向に下方に押される。フィルタパック１２１は、チャック１２３の上方ベース１２５によって下方に移動することが防止されるが、管状部材１２２は自由に移動することができる。ケージ３０に作用される下方の力は、ケージ３０をレイドーオーバーフィルタ部材１０上を摺動させ、処理中に、管状部材１２２を移動する。ケージ３０は、下端が上方のベース１２５に達するまで下方に押され、管状部材１２２は第２０図に示すようにフィルタっ部材１０から完全に分離される。コア２０と、レイドーオーバーフィルタ部材１０及びケージ３０から成る組立体は、チャックから除去され、従来の端部キャップの技術によって１方または双方に端部キャップを設置するような処理が行われる。
本発明によるフィルタ部材は、同じ内径及び外径において使用できるさらに大きな表面を有する。例えば第２図及び第３図に示すような長手方向のプリーツを有するフィルタ部材において、フィルタ部材の全表面積Ａは、次の等式によって得ることができる。
Ａ＝２ｈＮＬ    （１）
ここで、ｈは、プリーツの高さである。
Ｎは、フィルタ部材のプリーツの数である。
Ｌは、フィルタ部材の軸線方向に測定されたプリーツの長さである。
隣接するプリーツがフィルタ部材の内径に沿って互いに接触しているプリーツ型フィルタ部材において、プリーツＮの数は次の等式によって得られる。
Ｎ＝π（ｄ＋２ｔ）／２ｔ    （２）
ここでｔは、複合体の厚さ（濾過媒体＋ドレン層＋外層）である。
レイドーオーバープリーツのない従来のフィルタ部材において、プリーツの高さは、次の公式によって得られる。
ｈ＝（Ｄ−ｄ）／２    （３）
ここでＤは、フィルタ部材の内径である。
それに対して、プリーツの隣接する対向面はプリーツ全体の高さ上に緊密に接触する第２図に示すようなレイドーオーバープリーツを有するフィルタ部材において、達成できる最大限のプリーツの高さｈMAXは、次の公式によって得られる。
ｈMAX＝Ｄ2−ｄ2／４（ｄ＋２ｔ）（４）
レイドーオーバープリーツを有する実際のフィルタにおいて、プリーツの高さは、例えば、プリーツを完全なナイフ状のプリーツに形成することが困難であることによって、最大限のプリーツの高さｈMAX未満である。しかしながら、実際のプリーツの高さは、フィルタ部材の内径と外径との間に最適な容量を使用することができるように好ましくは、ｈMAXの少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％である。
これらの公式を使用することによって、本発明のフィルタによって形成される濾過面積の増加を計算することが可能になる。２５．４センチメートル（１０インチ）の長さＬを有する濾過部材において、４．４５ミリメートル（０．１７５インチ）の複合体の厚さ、３．０５センチメートル（１．２インチ）の内径及び６．９９センチメートル（２．７５インチ）の外径Ｄ、プリーツの数Ｎが公式（２）によって与えられる。
Ｎ＝π・（１．２＋０．３５）／０．３５＝１３
従来のフィルタのプリーツの高さ及び本発明によるフィルタの最大限のプリーツの高さは等式（３）及び（４）によって得ることができる。
ｈ（従来のフィルタ）＝（２．７５−１．２）／２＝１．９７センチメートル（０．７７５インチ）
ｈmax＝（２．７５2−１．２2）／４（１．２＋０．３５）＝３．１５センチメートル（１．２３９インチ）
これらの値を等式（１）に入れると、次の表面積が得られる。ここでＡMAXは、ｈmaxのプリーツの高さに対応した最大限の可能な表面積である。
Ａ（従来のフィルタ）＝２×０．７７５×１３×１０＝２０１．５ｉｎ2（１２９９．７ｃｍ2）
Ａmax（レイドーオーバープリーツ）２×１．２３９×１３×１０＝３２２．１４ｉｎ2（２０７７．８ｃｍ2）
このように、この例において、レイドーオーバープリーツを有する本発明によるフィルタの最大限に可能なフィルタに表面積は、同じ内径及び外径を有する従来のプリーツ型フィルタよりもほぼ６０％大きい濾過面積である。たとえ、レイドーオーバープリーツの実際の高さがｈmaxの８０％のみであっても、実際のフィルタの表面積は３２２．１４×０．８０＝２５７．７１ｉｎ2（１６６２．２ｃｍ2）となり、２８％大きい。
本発明によるレイドーオーバープリーツを有するフィルタ部材の増加した表面積は、同じ内径及び外径寸法を有する従来のフィルタ部材と比較してフィルタ部材の有効寿命が大きくなる。
さらに、レイドーオーバー状態のプリーツを有することによって、プリーツが均一に支持され、フィルタ部材に均一に集中された負荷を配分するように作用する。これはプリーツの動きを最小限にしてパルセーティング流れ装置に粒子を保持する能力を向上する。さらに、プリーツがレイドーオーバー状態にあるとき、フィルタ部材の端面は、極端にコンパクトになり、フィルタ部材に端部キャップを設置する間フィルタ部材の損傷に対する抵抗を大きくする。
上流及び下流の支持体及びドレン層を有するプリーツ型フィルタ部材の圧力低下ΔＰは次の等式によって得られる。
ΔＰ＝（Ｋcｈ＋Ｋm／２ｈ）・（μＱ／Ｎｌ）    （５）
μ＝濾過される流体の絶対速度
Ｑ＝流体の容量性流速
Ｋc＝支持体及びドレン材料の縁部方向の流れ抵抗
Ｋm＝濾過媒体の流れ抵抗因子
ｈ＝プリーツの高さ
ｌ＝フィルタの軸線方向のプリーツの長さ
Ｎ＝プリーツの数
もし、等式（５）の因子のすべてが、プリーツの高さを除いて一定であり、圧力低下ΔＰは、プリーツの高さｈが次の等式によって表されるとき最小限になる。
ｈ＝（Ｋm／２Ｋc）1/2    （６）
従って、フィルタ部材の外径を任意に選択した場合、本発明によるフィルタの圧力低下ΔＰは最小限にされ、フィルタの能率は、プリーツの高さｈが等式（６）を満足するように外径を選択することによって最小限にすることができる。ケージ以外の他の装置もレイドーオーバーにプリーツを保持するために使用される。例えば、プリーツが戻らないようにフィルタ部材１０上に複数の未接続のリング固定具によって置き換えることができる。プリーツを保持する他の適当な装置は、プリーツがレイドオーバー状態から戻ることを防止するために十分な張力でフィルタ部材の周りを包囲する材料である。第２２図は、フィルタ部材１０の周りを複数回螺旋状に包囲する可撓性材料の平行な側面を有するストリップを有する螺旋包囲部材５０によって第１図のケージが置換されている本発明の第２の実施例の一部を破断した図面である。包囲部材５０は、濾過する液体と矛盾しない材料から製造される。もし包囲部材５０がフィルタ部材１０の外周を完全に包囲するならば、包囲部材５０は好ましくは、多孔性である。多くの適用において、商品名リーメイの下にリーメイ社から市販されている多孔性、ポリマー不織材料が適当である。リーメイ社の材料の薄層も使用することができる。他の適当な材料の例は、オイルボードペーパー及びマイラーフィルムである。
包囲部材５０は、大きな応力に抵抗することを意図していない比較的薄い材料であり、フィルタ部材１０が外側から内側への流れを受けるときに使用することに適している。この場合、包囲部材５０はプリーツをレイドーオーバー状態に維持し、フィルタ部材１０を通って液体が瞬間的に逆に流れる間に起こる半径方向外側の力に抵抗するのに十分な強さがあればよいだけである。別の案として、包囲部材は、内側から外側への流れに関して比較的大きな応力に抵抗する強い材料から形成してもよい。包囲部材５０の張力は、予測される濾過条件によって選択することができる。
包囲部材５０は、包囲部材５０の隣接する回転の間で重複することなくまたは重複するようにフィルタ部材１０の周りに巻き付けられる。例えば、包囲部材５０の隣接する回転部は、実質的に重複しないように互いに、または重複するように当接させることによって、フィルタ部材１０の周りで包囲部材の複数の層を包囲することが可能になる。しかしながら、もし包囲部材５０が、妨げられない開口部を有する場合、フィルタ部材１０のごみの量が、包囲しないプリーツ型フィルタ部材にそれに比較して、また包囲部材で完全に包囲されたプリーツ型フィルタ部材と比較して非常に増加する。開口部は、包囲部材５０の材料に形成された穴であるか、包囲部材５０の隣接する巻部材の間の空隙である。第２２図の実施例において、包囲部材５０は、隣接する包囲部材５０の間の螺旋空隙５１の形態の開口部を残すようにフィルタ部材１０の周りを包囲される。
包囲部材５０を負荷することを防止するために、包囲部材５０の開口部の大きさは、濾過される流体に含まれるすべての粒子を通過させることができるように十分に大きくなければならない。さらに、開口部の全体面積は、フィルタ部材１０のプリーツ１１の頂上によって規定される円筒形の表面の全面積の５０％未満である。さらに好ましくは、開口部の全面積はプリーツ１１のピークによって規定された表面の全面積の約６％から約３０％の範囲にある。
包囲部材５０は、フィルタ部材１０からほどけないような方法で固定されることが好ましい。包囲部材５０を固定する１つの方法は、それがフィルタ部材１０の周りに巻かれるときに包囲部材５０に適用される高温溶融接着剤のような結合剤によってフィルタ部材１０に取り付けることである。結合剤が包囲部材５０の縁部に平行なフィルタ部材１０の周りで螺旋を形成する連続または中断ビードの形態で包囲部材５０に適用することができる。別の案として包囲部材５０がポリマー材料で製造されるならば、フィルタ部材１０が回転されるとき、フィルタ部材１０の長さ方向の下に走行する高温ホイールによってフィルタ部材１０に溶融結合される。包囲部材５０はフィルタ部材１０に直接取り付けることができるか、または包囲部材５０の隣接する回転部の間に重複があるならば、隣接する包囲部材は互いに直接取り付けられる。また、２つ一緒に直接取り付けないでフィルタ部材１０の周りで包囲部材５０を巻き付け、端部キャップ４０、またはクリンピングのような他の機械的な装置によって端部キャップ４０に接続する包囲部材５０の部分を固定することができる。
包囲部材５０は、フィルタ部材をマンドレルに配置し、包囲部材をフィルタ部材に適用しながらマンドレル及びフィルタ部材を回転させることによって円筒形フィルタ部材の周りに巻き付けられる。フィルタ部材のプリーツは、第５図に示すものと同様な漏斗状ツール６０を使用することによって包囲するときオーバーレイド状に変形することができる。マンドレルを回転するとき、ツール６０はフィルタ部材の長手方向に前進することができる。プリーツがツール６０の出口から現れると、それらはレイドーオーバー状態になり、包囲部材５０はこの状態でプリーツに周りに巻かれる。
包囲部材５０は、１つのストリップ材料には制限されない。例えば、包囲部材５０は、２重の螺旋においてフィルタ部材１０の周りを包囲する２つのストリップを有していてもよい。別の案として、包囲部材５０は、螺旋状ではなく、円周方向にフィルタ部材１０の周りを包囲することができる。
本発明によるプリーツ型フィルタ部材の多数の例を以下に挙げる。各フィルタ部材の部品は部材の上流側から下流側に表記されている。
部材Ａ−外部ケージの内側の円筒形部材
0003699475.tif 000002
部材Ｂ−外部ケージの内側の円筒形部材
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部材Ｃ−外部ケージの内側の円筒形部材
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部材Ｄ−螺旋包囲体を有する円筒形部材
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部材Ｅ−螺旋包囲体を有する円筒形部材
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部材Ｆ−外部ケージの内側の円筒形部材
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部材Ｇ−外部ケージの内側の円筒形部材
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端部キャップをフィルタ部材に取り付ける際に補助となるようにフィルタ部材の各端部にＦＥＰが波形に形成された。
上述した各例において、プリーツの隣接脚部の対向面はフィルタ部材の軸線方向の全長にわたって緊密に接触する。
本発明の図示した実施例は、フィルタ部材を通るアウトサイドインの半径方向の流体流で使用するようになっている。しかしながら、インサイドアウトの半径方向流について本発明によるフィルタを使用することができる。濾過する流体、すなわち、液体またはガスがフィルタのフィルタ部材１０のレイドオーバープリーツ１１を通って流れる。液体は、フィルタ媒体１２の上流面全体に沿って上流のドレン層によって配分され、フィルタ媒体のこれらの領域は、コア２０の近傍のフィルタ部材１０内にも入る。次に液体は、濾過媒体を通過し、液体を濾過し、濾過媒体１２に粒子を堆積させる。濾過液体は、濾過媒体１２の下流側から、下流のドレン層１４に沿って排出され、有孔コア２０の内側に入り、フィルタから出る。
フィルタは、クリーニング流体をフィルタを通って反対方向に流すことによってクリーニングを行う。クリーニング流体は、ガスであってもよく、このガスは、フィルタを通って逆流し、また、フィルタを通ってバックウッシュされる液体であってもよい。例えば、水のようなバックウオッシュ液体は、フィルタ部材１０のレイドオーバープリーツ１１を通って有孔コア２０の内側から流される。バックウオッシュ液は、濾過媒体１２のこれらの領域がケージ３０またはラップ５０の近傍でコア２０から離れていても濾過媒体１２の下流面全体に沿って下流のドレン層によって配分される。バックウオッシュ液は、濾過媒体を通過し、濾過媒体１２及び／または濾過媒体１２の上流面から粒子を駆動する。次に粒子は、上流のドレン層１３を通って流され、バックウオッシュ液でフィルタから放出される。フィルタ部材を通って流れるバックウオッシュ液の量と濾過媒体を通って濾過される液体の量との比は、約１０であるか、さらに好ましくは、約２乃至約４の範囲である。
本発明を使用するフィルタは、広範な適用において有効であるが、１つの特に有効な例は、プレコートフィルタとして使用することである。プレコートフィルタ１３０の１つの例は第２３図に示され、プレコートコア２０と、第１図に示されるフィルタと同様である。さらに、プレコートフィルタ１３０は、プレコート層１３１を保持するためのセプタム部材として作用する包囲体５０と、腐食からプレコート層１３１を保護する保護部材１３２とを有する。
半径方向を向いた力に対してフィルタ部材１０とセプタム部材５０とを支持するために、コア２０は、前述したように、濾過される流体と矛盾しない十分に強い剛性材料を有する。しかしながら、プレコートフィルタは有孔コアを有することが好ましいが、例えば、フィルタ部材がコアがなくても半径方向を向いた力に耐える十分な構造的な剛性を有する場合コアを省略することができる。
フィルタ部材１０は、１つの層または複数層の複合体を有するが、前述したように適当な濾過媒体並びにドレン装置及びクッション層を有する。例えば、浄化する液体が水である核濃縮洗浄においてプレコートフィルタを使用する場合、フィルタ部材１０は、上流のドレン層と下流のドレン層との間に濾過媒体が間挿されている。各ドレン層は、ポリプロピレン延伸メッシュを有する。濾過媒体は、好ましくは、デュポン社から商品名ケブラーとして市販されているような芳香族ポリアミド繊維を有し、これらの繊維は、小繊維化され、セルロースまたは不織ポリマー基板に樹脂結合されて媒体の下流側を形成する。濾過媒体の孔の寸法は、濾過媒体がプレコート材料に粒子のすべてを捕捉することができるように十分に小さい。従って、セプタム部材を通過するプレコート材料の細かい粒子は、濾過媒体によって捕捉される。濾過媒体の孔の大きさは、濾過する流体のさらに大きな粒子を捕捉するのに十分に小さく、この寸法は、プレコート層１３１に間挿される程十分に小さい。
セプタム部材５０は、前述したようにフィルタ部材１０の外周の周りを包囲しそれを完全にカバーする可撓性の有効包囲体を有する。このセプタム部材５０は、（プレコートフィルタに半径方向内側の流れがある）濾過及び（プレコートフィルタに半径方向外側の流れがある）バックウオッシュ中の双方において、プレコート層１３１の支持体としてだけではなく、濾過部材１０をレイドオーバー状態に保持する装置として作用することができるように十分に強い。セプタム部材５０は、バックウオッシュ中にプレコートフィルタに作用する半径方向外側の圧力に対するように十分に強いことが好ましい。通常、これらの圧力は約０．７乃至７ｋｇ／ｃｍ2（約１０ｐｓｉ乃至１００ｐｓｉ）の範囲にある。
セプタム部材５０は、プレコート材料の大部分の粒子の通過を防止し、プレコート材料のケーキが、セプタム部材の上流面に形成されるようにすることができるような孔の大きさを有するように選択されることが好ましい。もし、プレコート材料の最も小さい粒子がセプタム部材５０を通過するならば、それらは非常に大きな汚れ能力を有し、従って細かい粒子で詰まらないフィルタ部材１０によって捕捉することができる。セプタム部材５０がプレコート材料にすべての粒子を保持する必要ないので、洗浄し交換する前に、長期間にわたって使用することができるような有孔性を有することができる。
セプタム部材５０を製造する材料は、濾過される流体及びプレコート材料の特性に依存する。例えば、適当なセプタム部材材料は、ステンレススチールのような耐食性金属の織物メッシュである。好ましくは、２つの矩形の織物及びダッチツイル織物を含む種々の織物が適している。なぜならば、それは薄く取り扱いが容易であるからである。他の適用において、セプタム部材はポリマーメッシュまたは不織ポリマー繊維である。核濃縮洗浄において、セプタム部材として好ましい材料は、３０５×４５７×０．０１×０．００９センチメートル（１２０×１８０×０．００４×０．００３５（インチ））の矩形の織物のステンレススチールメッシュである。
セプタム部材は、濾過部材を通過して内側に流れるすべての液体が、まずセプタム部材を通過しなければならないように、フィルタ部材に適用される。好ましくは、セプタム部材は、フィルタ部材に当接し、さらに好ましくは、フィルタ部材に直接接触する。本発明の実施例において、セプタム部材５０は、フィルタ部材１０の周りにフィルタ部材の長さ全体にわたって複数回螺旋形に回転されている平行な側面を有するストリップの形状である。プレコート材料がセプタム部材を迂回することを防止するためにセプタム部材５０の隣接した回転部は互いに重複することが好ましい。重複する量は、セプタム部材５０の所望の厚さに基づいて選択することができる。例えば、５０％が重複するようにセプタム部材５０を包囲することによってセプタム部材５０の２重の厚さがフィルタ部材１０の周りに形成される。セプタム部材５０は、螺旋形である必要はなく、例えば、フィルタ部材１０の円周方向に包囲してもよい。しかしながら、螺旋形の包囲体は、狭い幅を有するフィルタ部材１０を所定の長さに包囲するように使用することができるという利点を有する。セプタム部材ストリップに鋭い縁部を有しないように保証するためにレーザー切断のような適当な切断方法を使用してもよい。
好ましくは、セプタム部材５０は、正規の取り扱いまたは作動中にセプタム部材がフィルタ部材からほどけないように動かないようにされることが好ましい。セプタム部材５０を固定する１つの方法は、フィルタ部材１０の周りに巻かれるときにセプタム部材５０の内面に適用される高温接着剤のような結合剤でフィルタ部材１０の外周に取り付けることである。結合剤は、連続したまたは間断的なビードの形態でセプタム部材５０に適用され、このビードはセプタム部材５０の縁部に平行にフィルタ部材１０の周りに螺旋を巻く。別の案として、もしセプタム部材５０が、ポリマー材料で製造される場合には、フィルタ部材が回転するとき、フィルタ部材１０の長さに沿って下に移動する高温ホイールによってフィルタ部材１０に溶融結合することもできる。セプタム部材５０をフィルタ部材１０に直接取り付ける代わりに、またはそれに加えて、もし、セプタム部材５０の回転部に隣接してその間に重複部があるならば、隣接する回転部は、例えば溶接または結合によって互いに直接取り付けることができる。しかしながら、多くの場合、それは、接着テープのような他の機械的な装置またはステンレススチールのバンドのような金属バンドによってセプタム部材５０に端部キャップを固定することによって２つを一緒に直接的に取り付けることなく、また、互いにセプタム部材５０の回転部に隣接して固定することなく、フィルタ部材１０の周りにセプタム部材５０を包囲し、フィルタ部材１０の軸線方向の端部に隣接するセプタム部材５０の端部部分のみを固定するだけで十分である。
プレコートをプレコートフィルタに適合し、濾過する流体をプレコートに通すとき、流体の流れは、プレコートフィルタを通って半径方向内側に流れ、それが流れると、圧力が低下する。圧力低下によって、フィルタ部材に半径方向内側の力が作用する。この内側を向いた力によって半径方向に伸びるプリーツを有する従来のプリーツ型フィルタ部材は圧縮され、つぶれる。この圧縮はセプタム部材に小さなしわをつくり、曲げ、プレコート層を割り、それを破壊する。これは望ましくない。しかしながら、本発明のこの観点を使用するプレコートフィルタ１３０のプリーツは互いに重なっているので、セプタム部材５０は、プリーツに損傷を与えることなく、セプタム部材５０をフィルタ部材１０の周りに最初に非常にきつく巻き付けられる。濾過が始まる前にフィルタ部材１０が厚くなればなる程、濾過中のフィルタ部材１０、セプタム部材５０及びプレコート層１３１の圧縮の量が小さくなる。従って、セプタム部材５０はプレコート層１３１がプレコートフィルタの予測された作動圧で割れないように最初に十分な引っ張りでフィルタ部材１０の周りを巻くことが好ましい。例えば、セプタム部材５０は、１３．５ｋｇ／ｃｍ（１インチの幅当たり、約３０ポンド）の引っ張り力を使用してフィルタ部材１０の周りに巻き付ける。セプタム部材５０の最初の引っ張りは、プレコートフィルタ１３０の性質、濾過中の作動圧のような要因に依存する。好ましくは、セプタム部材５０は、濾過中のプレコートフィルタ１３０の圧力低下によるプレコートフィルタ１３０の直径の圧縮が約５％以下であるような初期張力で巻かれる。セプタム部材５０でフィルタ部材１０をきつく巻くことは、濾過の前にフィルタ部材を圧縮するだけでなく、プレコート部材の圧力の変動中プレコートの動きを防ぎ、その動きは、プレコート１３１の割れを生じる。
プリーツがレイドオーバー状態にあるとき、フィルタ部材１０のプリーツの隣接する脚部が互いに緊密に接触する場合であっても、ドレン層が設けられているために、流体は濾過媒体の上流及び下流面に沿って容易に流れることができる。従って、フィルタ部材１０をセプタム部材５０できつく巻くことによってプレコートフィルタ１３０の濾過性能を損傷することがない。
セプタム部材５０は、プレコートフィルタを包囲する流体の乱流がプレコート層１３１を腐食することを防止するために流れストレーナとして作用する保護部材１３２によって包囲されている。また保護部材１３２は、短期間の間にプレコート層１３１を支持し、その間にプレコートフィルタ１３０を通る半径方向内側の流れが減少するか、または停止する。保護部材１３２は、プレコート材料がそれを容易に通過することができる十分な孔を有する種々の材料から製造される。保護部材１３２として適当な材料の１つの例は、米国特許第４，９０４，３８０号によって開示されるような種々の技術によってセプタム部材５０の周りに配置されるポリマーニットメッシュである。例えば、螺旋形の包囲体としてセプタム部材５０の周りを包囲するメッシュストリップの形態である。そのいずれかはプレコート部材に沿って完全にまたは一部のみが伸びている。
また、プレコートフィルタは、上述したような適当な方法で１つまたはそれ以上のコア、レイドオーバー濾過部材及びセプタム部材に固定された端部キャップを有する。端部キャップは、セプタム部材５０の端部を固定し、それがほどけないように使用することができる。もしセプタム部材５０の端部が、テープまたはバンドのような機械的な拘束部材によって設置前に拘束されるならば、端部キャップは拘束部材上に設置される。図示はしないが、プレコートフィルタを使用する濾過装置に密封するように接続するためにガスケットまたはＯリングのような従来の密封部材を備えることができる。
さらに、プレコートフィルタは、保護部材を所定の位置に保持し、プレコートフィルタに強度を加えるために保護部材１３２を包囲する有効ケージまたは同様な部材を有する。ケージは形成された開口部を有し、開口部は、流体流を妨げず大きな圧力低下を生じないように十分に大きい。ケージは、従来の構造であり、濾過する液体と矛盾しない材料で製造される。
レイドオーバープリーツを有するプレコートフィルタは、従来のプリーツ型フィルタ部材には好ましい。なぜならば、それは、同じ内径及び外径を有する従来のプリーツ型フィルタ部材よりかなり大きな表面積を有するからである。これはレイドオーバープリーツを有するプレコートフィルタが、さらに長い寿命を有し、汚れることなく長期間にわたってセプタム部材５０を通過するプレコート層１３１の細かい粒子を捕捉することができる。さらにプリーツが重なっているので、セプタム部材５０が濾過部材１０の周りを包囲され、液体がプレコート層１３１及びプレコートフィルタ１３０を流れるとき、発生する圧縮力による損傷を防止する。これらの力は、従来の半径方向に伸びるプレコートの頂上で集中しないで各レイドオーバープリーツの脚部に沿って広がっている。その結果、セプタム部材５０は、レイドオーバーフィルタ部材１０の周りでさらにきつく巻かれ、レイドオーバーフィルタ部材１０は、従来のプリーツ型フィルタよりも損傷なしに大きなプレコート差圧に耐えることができる。
さらに、レイドオーバー状のプリーツを有することは、プリーツを一様に支持し、プレコートフィルタにわたって均一に集中された負荷を配分するように作用する。これは、プリーツの動きを最小限にし、粒子をパルス流装置に保持するプリーツの能力を増加する。さらに、プリーツがレイドオーバー状態にあるとき、フィルタ部材の端面が極端にコンパクトになり、フィルタのパックの端部に端部キャップを取り付ける間、濾過媒体に損傷を与えないように大きな抵抗を生じる。
プレコート層１３１は、プレコートフィルタを濾過装置に設置した後、セプタム部材５０に適用される。プレコート材料は、濾過する液体によって選択され、本発明によるプレコートフィルタは特定のタイプのプレコート材料と共に使用するためには制限されない。原子力発電所に使用する濃縮洗浄装置において、プレコート材料は、イオン交換樹脂を有する。別の案としてプレコート材料は、珪藻土のような他の適当な材料を有する。プレコート層１３１の厚さは、所望の濾過特性及び／またはイオン交換樹脂の特性に依存する。プレコート層１３１は、プレコートフィルタを使用する現在の濾過装置において使用するような適当な方法によってセプタム部材５０に適用される。例えば、プレコート材料を含むスラリが、セプタム部材５０上にまた保護部材１３２内に十分なケーキが堆積されるまでプレコートフィルタ１３０を通って外側から内側に向けられる。
セプタム部材５０上にプレコート層１３１を有することによって、典型的には液体がプレコート層１３１、セプタム部材５０及びフィルタ部材１０を通過する。プレコート層１３１は、例えば、プレコート層１３１内に粒子を捕捉することによって、粒子を除去し、イオン交換樹脂または吸収によって不純物を除去するように作用する。フィルタ部材は、プレコート層１３１から除去し、セプタム部材５０を通過したプレコート層の小さい粒子を捕捉するように作用する。さらに、大きな表面積を有するプリーツ型フィルタ部材１０は、濾過する液体から粒子を除去するのに十分に小さい穴を有し、この粒子は除去しなければ、プレコート層１３１及びセプタム部材５０を通過する。従って、プリーツ型フィルタ部材は、プレコート層またはセプタム部材の孔の定格より小さい孔定格を有する。
プレコート層１３１は、なくなったときに、または粒子が詰まり、セプタム部材５０またはフィルタ部材１０の圧力低下が非常に高くなったときにバックウオッシングによってセプタム部材から除去することができる。バックウオッシングは、濾過中に前述したように、プレコートフィルタを通って例えば、内側から外側に反対の方向に水のようなバックウオッシュ液をプレコートフィルタに通すことによって行われる。保護部材１３２は、プレコート層１３１がそこから除去され、それを適切に廃棄することができるように十分な孔を有する。ドレン層を設けることによって、セプタム部材５０がフィルタ部材１０の周りにきつく巻かれていても濾過媒体の上流及び下流面に沿って容易に流れることができる。その結果、バックウオッシング中に、バックウオッシュ液の流速、圧力、及び他のパラメータを従来のプレコートフィルタと共に使用することができる。バックウオッシングは設定された時間間隔で実行されるか、または濾過動作中にプレコートフィルタ１３０の圧力低下がフィルタ部材１０またはセプタム部材５０が詰まったことを示す所定の水準に達するときはいつでも実施される。バックウオッシングは、プレコート層１３１をセプタム部材５０から除去するためだけではなく、フィルタ部材から粒子を除去することによってフィルタ部材１０をきれいにする。プレコート層がバックウオッシングによって除去された後、元のプレコート層１３１と同じ方法で新しいプレコート層が適用され、プレコート層が濾過のために再び使用することができる。
本発明のプレコート部材は、レイドオーバーレコートを有するものに制限されないが、レイドオーバー状態ではない半径方向に伸びるプリーツを有する従来のプリーツ型フィルタ部材の周りをセプタム部材で包囲し、セプタム部材は、プリーツに当接し、好ましくは直接接触するようにすることができる。しかしながら、半径方向に伸びるプリーツは、小さい締め付け力を有し、プリーツ型フィルタ部材が緩んだり、つぶれないようにセプタム部材を包囲しなければならない。その結果、濾過動作中、プリーツは、相対的な動きを行い、プレコート層の差圧に応じて圧縮される。それにもかかわらず、濾過中にプレコートフィルタに小さい圧力低下のみが生じ、プリーツがほとんど相対的に動かない適用においては、従来のプリーツ型フィルタ部材をプレコート部材として使用することができるように、十分に小さいテンションで従来のプリーツ型フィルタ部材の周りをセプタム部材で包囲することができる。
第２４図は、本発明による第２のプレコートフィルタ１４０を示す。フィルタ部材１０のプリーツは、従来の半径方向に伸びるプリーツの弱さを克服するために、複数のプリーツ及び隣接するプリーツのグループ１４１を含む各々はくさび型の支持部材１４２によって分けられる。くさび型支持体によってまとめられるプリーツを有する濾過部材は、米国特許第４，１５４，６８８号に詳細に説明されている。第２のプレコートフィルタ１４０は、前述したように、端部キャップとフィルタ部材１０の周りを包囲するセプタム部材５０とを有し、保護部材１３２をも含む。さらに、第２のプレコートフィルタ１４０は、前述したようにプレコートされ、バックウオッシュされる。第２のプレコートフィルタ１４０のくさび支持体１４２はプリーツを強化し、セプタム部材がフィルタ部材１０の周りにきつく巻かれ、第２のプレコートフィルタ１４０が大きな差圧に耐えることができる。しかしながら、くさび支持体１４２は、利用可能な濾過面積を小さくし、第２のプレコートフィルタ１４０は第１のプレコートフィルタ１３０より小さいことが好ましい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１６】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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