(57)【要約】  本発明の二段階濾過装置は、対向する第１の端部及び第２の端部と、第１の半透過性濾過エレメントの第１の束を含む第１の濾過段階部と、第２の半透過性濾過エレメントの第２の束を含む第２の濾過段階部とを有するカートリッジを含む。カートリッジは、未濾過未処理の流体を第１の濾過段階部に受け入れるための流体入口ポートと、流体が第１の濾過段階部及び第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートとを有する。この装置は、第２の濾過段階部で再度濾過される前に、第１の濾過段階部で濾過済の流体を受け入れる段間の空間を有し、流体入口ポートは第１の濾過段階部のみと流通し、流体出口ポートは第２の濾過段階部のみと流通している。本発明の一態様では、第１の半透過性濾過エレメントの両端部は第１の端部に開いた状態で配置され、第２の半透過性濾過エレメントの両端部は第２の端部に開いた状態で配置されている。
2009514665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
第１の半透過性濾過エレメントを含む第１の濾過段階部及び第２の半透過性濾過エレメントを含む第２の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記装置は、前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に、前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受容する段間の空間を有し、
前記流体入口ポートが前記第１の濾過段階部のみと流通状態とされると共に、前記流体出口ポートは前記第２の濾過段階部のみと流通状態とされ、
前記第１の半透過性濾過エレメントの両端部は前記第１の端部に開いた状態で配置されていると共に、前記第２の半透過性濾過エレメントの両端部は前記第２の端部に開いた状態で配置されていることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項２】
前記流体が、水であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の半透過性濾過エレメント及び前記第２の半透過性濾過エレメントが、繊維であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第１の長手方向長さに沿って収容され、
前記第２の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第２の長手方向長さに沿って収容され、
前記第１の長手方向長さは、前記第２の半透過性濾過エレメントと関連性を有さず、
前記第２の長手方向長さは、前記第１の半透過性濾過エレメントと関連性を有していないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第１の半体内に収容され、
前記第２の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第２の半体内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、自身の長手方向に沿って曲げられＵ字状構造体を形成し、
前記第１の半透過性濾過エレメントの第１の開端部及び第２の開端部が、前記カートリッジの前記第１の端部で互いに隣接していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の半透過性濾過エレメントは、自身の長手方向に沿って曲げられＵ字状構造体を形成し、
前記第２の半透過性濾過エレメントの第１の開端部及び第２の開端部が、前記カートリッジの前記第２の端部で互いに隣接していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記段間の空間が、前記第１の半透過性濾過エレメント及び前記第２の半透過性濾過エレメントが互いに対して最接近した位置で最小面積になっており、前記カートリッジの内壁に沿って最大面積になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の端部に結合され且つ第１のヘッダー空間を形成している第１のヘッダーキャップであって、前記流体入口ポートが前記第１のヘッダーキャップ内に形成されている前記第１のヘッダーキャップと、
前記第２の端部に結合され且つ第２のヘッダー空間を形成している第２のヘッダーキャップであって、前記流体出口ポートが前記第２のヘッダーキャップ内に形成されている前記第２のヘッダーキャップと、
をさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の半透過性濾過エレメントの両端部は、前記第１の端部において第１の注封材料に埋設され、
前記第２の半透過性濾過エレメントの両端部は、第２の注封材料に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の半透過性濾過エレメントの長さは、前記第２の半透過性濾過エレメントの長さと異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の半透過性濾過エレメントの断面積は、前記第２の半透過性濾過エレメントの断面積と異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、前記第２の半透過性濾過エレメントと撚り合わされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記カートリッジは、前記カートリッジの側壁に沿って形成され且つ前記カートリッジの内部にアクセス可能とされる、さらなる第１のポート及び第２のポートをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
第１の半透過性濾過エレメントから成る第１の束を含んでいる第１の濾過段階部及び第２の半透過性濾過エレメントから成る第２の束を含んでいる第２の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を前記第１の濾過段階部内に受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記装置は、前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に、前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、
前記流体入口ポートは前記第１の濾過段階部のみと流通状態とされると共に、前記流体出口ポートは前記第２の濾過段階部のみと流通状態とされ、
前記第１の束及び前記第２の束は、互いに撚り合った状態で環状に配置されていることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項１６】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
第１の半透過性濾過エレメントを含んでいる第１の濾過段階部及び第２の半透過性濾過エレメントを含んでいる第２の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び前記第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記装置は、前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に、前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、
前記流体入口ポートは前記第１の濾過段階部のみと流通状態とされると共に、前記流体出口ポートは前記第２の濾過段階部のみと流通状態とされ、
前記第１の半透過性濾過エレメントは、第１の湾曲部によって接続された２つのアームを形成するように屈曲し、前記第２の半透過性濾過エレメントは、第２の湾曲部によって接続された２つのアームを形成するように屈曲しており、
前記第１の半透過性濾過エレメント及び前記第２の半透過性濾過エレメントは、前記第１の湾曲部が前記第２の半透過性濾過エレメントの２つの前記アームの間に配置され、且つ、前記第２の湾曲部が前記第１の半透過性濾過エレメントの２つの前記アームの間に配置されるように互いに環状になっていることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項１７】
前記段間の空間は、前記第１の半透過性濾過エレメント及び前記第２の半透過性濾過エレメントそれぞれを固定状態で保持するために、前記第１の端部及び前記第２の端部それぞれに形成された注封材料の間で前記カートリッジの内部に形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の半透過性濾過エレメントの両端部が、前記第１の端部に開いた状態で配置されており、
前記第２の半透過性濾過エレメントの両端部が、前記第２の端部に開いた状態で配置されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第１の長手方向長さに沿って収容され、
前記第２の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第２の長手方向長さに沿って収容され、
前記第１の長手方向長さは、前記第２の半透過性濾過エレメントと関連性を有さず、
前記第２の長手方向長さは、前記第１の半透過性濾過エレメントと関連性を有していないことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第１の半体に収容され、
前記第２の半透過性濾過エレメントは、前記カートリッジの第２の半体に収容されていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記第１の半透過性濾過エレメントの長さは、前記第２の半透過性濾過エレメントの長さよりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の半透過性濾過エレメントの断面積は、前記第２の半透過性濾過エレメントの断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２３】
外側ケースは、透明又は半透明とされ、
これにより前記第２の濾過段階部の膜材料が変色しないことによって、前記第１の濾過段階部の完全性が確認可能とされることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
前記第１の半透過性濾過エレメントの２つの前記アームの開端部が、前記第２の半透過性濾過エレメントの２つの前記アームの開端部から所定の角度でオフセットされていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
前記所定の角度が、約９０度とされることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、米国仮出願第６０／７３４，００６号明細書及び米国特許出願第１１／４５４，６２９号明細書に基づく優先権を主張するのであり、その全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、水などの流体を濾過するための装置に関し、詳しくは、両方とも同じカートリッジに含まれることが好ましい第１の濾過段階部と第２の冗長濾過段に流体を通すことによって、濾過された流体を生成する装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
浄化された流体が必要とされるいくつかの状況及び適用分野がある。これには、易感染症免疫系を持つ患者の点滴、摂取、及び／又は入浴のための無菌流体が含まれるが、これらに限定されるものではなく、さらに浄化された（滅菌した）流体が必要とされる実験室又は産業上の用途又は使用も含まれる。いくつかの用途において、自治体からの水道水は、抑制された又は弱った免疫系を有する、又は水道水の中に含まれる粒子及び細菌を含むその他の異物が患者の健康を危うくする可能性のある他の何らかの条件を有することがある患者の入浴のためにも、使用することはできない。
【０００４】
例えば、汚染された上水道及びこの上水道に接触する患者に結びつくと考えられる在郷軍人病が近年何度か大発生した。このレジオネラ症は、グラム陰性菌属であるレジオネラ菌、特にレジオネラニューモフィラによって起こる感染症である。レジオネラニューモフィラは、暖かい環境の中に生長するいたるところにいる水生有機体であり、一般的に在郷軍人病の９０％以上の原因となる。レジオネラ感染症は、レジオネラ菌によって汚染された水源（例えば空気調和用冷却塔、渦流浴温泉、及びシャワー）に由来するミストを人が呼吸した後に発生する。人は、ホテル、作業場、病院、又は公共の場所においてこれらのミストにさらされることがある。レジオネラ有機体はいくつかの形式の水系において見ることができる。この細菌は６８°Ｆ（２０℃）から１２４°Ｆ（５１℃）までの水温において成長する。しかし細菌は、ある一定の配管系と熱水タンク、大型空気調和システムの冷却塔と蒸発凝縮器、及び渦流浴温泉において見られるような暖かいよどんだ水の中で急速に繁殖する。
【０００５】
これは、水中に存在することができ、健康の問題を引き起こすことが可能で、摂取したとき、又は患者が汚染された飲み水に接したときに場合によっては致命的となる、一種の細菌の一例にすぎない。他の種類の細菌は、摂取すると胃の滋養物の原因となり得るか、又はその他の望ましくない健康の問題の原因となり得る。
【０００６】
きれいな健康によい水を確実に供給するために、しばしばフィルタ装置などを使用して、水から望ましくない異物を除いて清浄にする。このような装置はしばしば給水を濾過するフィルタ膜などを有することになる。無菌の給水などを有することが重大であるいくつかの状況では、必要なレベルの安全性を確実にするために冗長濾過システムが備えられる。これらの形式のシステムは、第１の濾過段階部のみならず、冗長濾過段として作用する第２の濾過段階部も含む。そのわけは、この第２の濾過段階部が第１の段階から濾過された水を受け入れ、次に濾過された水に対して第２の濾過動作を実施し、装置から排出された水が浄化されて使用に適することを確実にするからである。
【０００７】
産業施設等における、ならびに飲料水を保有して供給することが困難もしくは不可能なキャンプ旅行中又は遠隔軍事個所等におけるなどの遠隔地で、水を処理することが望ましい野外での使用など、現場で水の処理を必要とする様々な分野で液体（水）処理設備が必要であることも、当業者には理解されよう。例えば、キャンプやハイキングのとき、水自体の純然たる重量のせいで必要な給水量を携えることは極めて厄介である。これでは、必要量の水をとることは個人にとって絶対要件であるから、身体に流体を補充して水分を適切に保つことが困難になる。
【０００８】
不運にも、不可能でなくとも、情況及びまさにその場所によっては、飲料水の供給源へのアクセスが困難になるかもしれない。そのうえ、軍事作戦のような遠隔及び／又は危険な個所においては、人が給水を浄化する時間と能力を有することが困難になるかもしれない。例えば、キャンプのとき又はその他の自然の状況にあるとき、河川や小川や湖などからの流水を飲むことは危険であるかもしれない。そのわけは、これらの水源は微生物や有機廃棄物などの異物を含むこともあるからで、これらは少なくとも疾病及び不快を引き起こすことがあり、最悪の場合は、有害な化学薬品又は有毒の天然元素を摂取したときのように重大な健康上の懸念さえ引き起し最も極端な情況では死に至らしめることもある。
【０００９】
公共の飲料水供給の規定を管理するいくつかの政府の組織及び機関がある。特に、米国環境保護局（ＥＰＡ）及び労働安全衛生局（ＯＳＨＡ）は、職場の内外両方において基準を設定及び強化することによって公衆の安全と健康を保証している。水の消費、及び特に公共給水系に適用される基準を管理するいくつかの規定がある。これらの基準は、飲料水における汚染物のレベルを制限することによって公衆の健康を保護しており、いくつかの共通の汚染物としては、微生物、有機物、無機及び有機化学品、消毒副産物、殺菌剤などがある。
【００１０】
しかし上述のように、個人が原野などの遠隔個所に居るときに、周囲に大量の水があっても飲用に適さないことがあるために、十分な飲料水供給量を携帯及び／又は生成することは困難である。飲料水処理設備の分野において努力がなされてきたが、これらの設備とシステムはいずれもたいてい携帯式の設計ではないので、複雑すぎ、扱い難く、概して非実用的になる傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
さらに、遠隔用途又は定置用途において使用可能であり、単一カートリッジ本体又はケースの内部で冗長濾過を提供するように構成された、簡単な単一カートリッジ設計の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様によれば、二段階濾過装置は、第１の端部及び反対側にある第２の端部と、第１の半透過性濾過エレメントの第１の束を含む第１の濾過段階部と、第２の半透過性濾過エレメントの第２の束を含む第２の濾過段階部とを有するカートリッジを含む。カートリッジは、濾過されていない未処理の流体を第１の濾過段階部の中に受け入れるための流体入口ポートと、流体が第１の及び第２の濾過段階部を通過した後に、浄化された流体を、排出するための流体出口ポートとを有する。
【００１３】
この装置は、第２の濾過段階部において再度濾過される前に、第１の濾過段階部において濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、流体入口ポートは第１の濾過段階部のみと流通状態にあるが、流体出口ポートは第２の濾過段階部のみと流通状態にある。
【００１４】
本発明の一態様によれば、第１の半透過性濾過エレメントの両端部は第１の端部に配置されて開き、第２の半透過性濾過エレメントの両端部は第２の端部に配置されて開いている。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、第１の束と第２の束はループ方式で配置され、これら２つの束は互いにからみ合っている。
【００１６】
本発明のさらに別の態様によれば、第１の半透過性濾過エレメントは、第１の湾曲部によって連結された２つのアームを形成するように曲げられ、第２の半透過性濾過エレメントは、第２の湾曲部によって連結された２つのアームを形成するように曲げられている。第１の及び第２の半透過性濾過エレメントは互いに関してループをなしているので、第１の湾曲部は第２の半透過性濾過エレメントの２つのアームの間に配置され、第２の湾曲部は第１の半透過性濾過エレメントの２つのアームの間に配置されている。
【００１７】
本発明の二段階カートリッジを、いずれかの携帯式装置で使用することができ、又は加工もしくは処理設備におけるなどの定置した固定装置の中に組み込むことができる。
【００１８】
本発明の前述及びその他の特徴は、本発明の例示的な実施形態の下記の詳細な説明と図面からさらに容易に明らかになろう。いくつかの図にわたって同様な参照番号は類似の要素を指している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本明細書に論述されているように、用語「浄化する」とは概して、物質から望まれない成分を除去することを意味し、「滅菌する」とは、生きている微生物をなくすことを意味する。したがって、いくつかの適用では、これら２つの用語を同義語として使用することができる。
【００２０】
本出願は水の処理を詳細に論述するが、他の流体も同様に濾過でき、本発明が水の濾過に限定されないことは理解されよう。
【００２１】
本発明の一態様によれば、二重濾過すなわち二段階濾過の設計を含む装置が提供され、これによって、濾過のすべてがフィルタの第１の（すなわち前部）部において起こり、第２の（すなわち後部）部は冗長安全フィルタの働きをする。冗長安全フィルタという用語の使用は、流体の流れから同様なサイズの粒子又は微生物を第１のフィルタ段として除去するための、その能力を表す。しかしこれは、そのサイズ又は表面積が第１のフィルタ段のものと等しいことを意味するものではない。
【００２２】
まず図１を参照すると、装置１００が図示され、これは、非滅菌源から大容積の無菌流体を提供し、また冗長濾過の安全性も提供するように構成されている。一態様によれば、装置１００は、従来の中空繊維ウルトラフィルタ製造法が使用できるような形で上記の機能性を提供するために構成されている。
【００２３】
装置１００は、単一の外側ケースすなわちハウジング１１０の内部に２つの濾過段を有するように形成されている。ケース１１０は、第１の端部１１２と反対側にある第２の端部１１４とを有する中空構造物であり、特にケース１１０は概して筒形構造物の形をなす。ケース１１０は、円形（図２）、卵形、楕円形（図３）、長方形、正方形など、任意の数の異なる断面形状を有することができる。図３の楕円形状は下記の濾過材をさらに容易に受け入れる。ケース１１０の直径又は幅を第１の端部１１２から第２の端部１１４まで均一にすることができ、あるいはこれを第１の端部１１２から第２の端部１１４まで可変にすることができる。
【００２４】
装置１００は、２つの濾過段が単一外側ケース１１０の内部に備えられるように形成されている。これは、半透過性中空繊維膜の第１の束１２０と半透過性中空繊維膜の第２の束１３０とをケース１１０の中に配置することによって達成される。膜１２０、１３０の中空繊維は、水及び電解質などの分子量の小さな化合物の通過を容易に可能にするように構成されている。しかし、中空繊維はすべての細菌のみならずウィルス及びエンドトキシン片も除外するので、この結果、滅菌された発熱物質のない水になる。
【００２５】
第１の実施形態では、半透過性中空繊維膜の第１の束１２０はケース１１０の第１の端部１１２の中に挿入され、繊維膜１２０の両端部１２１、１２２がケース１１０の同じ端部１１２に配置されて位置付けられるようにループしている。言い換えれば、繊維膜の第１の束１２０は、ループして略Ｕ字形状を呈し、両端部１２１、１２２はケース１１０の第１の端部１１２に配置されて開いている。同様に、半透過性中空繊維膜の第２の束１３０はケース１１０の第２の端部１１４の中に挿入され、繊維膜１３０の両端部１３１、１３２がケース１１０の同じ端部１１４に配置されて位置付けられるようにループしている。言い換えれば、繊維膜の第２の束１３０は、ループして略Ｕ字形状を呈し、両端部１３１、１３２はケース１１０の第２の端部１１４に配置されて開いている。
【００２６】
繊維束１２０、１３０を、ループの個別の繊維に対する応力を最小にするためのいくつかの方法で形成することができる。束の形成中に、破断するか応力を受ける可能性のあるばらばらの繊維なしに、繊維束１２０、１３０が共にコイル状になったままになるように、繊維を撚りロープの方式で敷設することができる。繊維束１２０、１３０を、図４に示すようにケース１１０の内部で共に連鎖させることができる。図４に示すこの配置は、流体で満たされたケース１１０の内部で束１２０、１３０を安定化させる助けになる。
【００２７】
第１の繊維束１２０の端部１２１、１２２は、ケース１１０の内壁に対して封止するポリウレタンなどの第１の注封材料１４０の中にすっぽり包まれている。図１に示すように、第１の注封材料１４０は、ケース１１０の第１の端部１１２を横切って配置された材料の層の形をなすが、繊維１２０の端部１２１、１２２は開いたままである。同様に、第２の繊維束１３０の端部１３１、１３２は、ケース１１０の内壁に対して封止する第２の注封材料１５０の中にすっぽり包まれている。したがって、第２の注封材料１５０は、ケース１１０の第２の端部１１４を横切って配置された材料の層の形をなすが、端部１３１、１３２は開いたままである。
【００２８】
随意に、ケース１１０は、図１に示すように注封過程で使用することができる１つ又は複数の外部ポート１６０を有することができる。次いで、外部ポート１６０をケース１１０から空気を通すために使用した後に、外部ポート１６０を、製造過程の一部として又は後のフィルタ装置１００の初期始動中に、封止部材１６２によって密封することができる。側部ポートがケースの必要な要素ではないことは当業者には理解されるはずである。注封を、ケースが図６におけるように外部孔のない封止された管のままであるように、いくつかの方法で行うことができる。
【００２９】
装置１００は、ケース１１０の第１の端部１１２に連結された第１のキャップすなわち入口キャップ１７０を含み、この結果、ケース１１０による流体密封シールが得られる。流体シールは、図５におけるようにキャップ１７０のフランジすなわちリップ部分１７２に沿った接着を含むいくつかの方法で、又は図１に示すようにケース縁部又は注封表面の上の封止リング１７１を通じて行うことが可能である。入口キャップ１７０は入口ポート１７４を有し、入口ポート１７４は、ケース１１０のキャップ１７０と第１の端部１１２との間に形成された第１の端部空間１７６への入口を形成する。同様に、装置１００は、ケース１１０の第２の端部１１４に連結された第２のキャップすなわち出口キャップ１８０を含み、この結果、キャップ１８０のフランジすなわちリップ部分１８２に沿ったケース１１０による流体密封シールが得られる。出口キャップ１８０は出口ポート１８４を有し、出口ポート１８４は、ケース１１０のキャップ１８０と第２の端部１１４との間に形成された第２の端部空間１８６からの出口を形成する。入口ポート１７４と出口ポート１８４は、配管又は流体附属管路に容易に連結できるように構成されている。
【００３０】
第１の束１２０と第２の束１３０は流体式に連結されていないが、代わりに個別のフィルタ段を形成し、束１２０、１３０のループした性質によって、内部ケース空間１９０がこれらの間に形成され、下記のように第１のフィルタ段から無菌ろ液を受け入れることが企図されている。内部ケース空間１９０の精密な形状は重大ではなく、繊維束１２０、１３０の形状とケース１１０の形状に応じて変わることになる。
【００３１】
図１は、第１の束１２０と第２の束１３０が実質的にほぼ同じサイズであるために実質的に同じ容積を占める実施形態を示しているが、束１２０、１３０は異なるサイズを持つことができることもまた理解されよう。例えば、最初の第１のフィルタ段１２０に関連する繊維束１２０は、冗長濾過をもたらす第２のフィルタ段１３０よりも大きなサイズ（より大きな長さ）を有することができ、したがって、第１の繊維束１２０はケース１１０の中でより大きな容積を占有することになる。
【００３２】
本発明によれば、ケース１００に関連する機構２００はフィルタ完全性の視覚的確認を容易にする。装置１００は二重濾過設計を有するように構成されているので、濾過はすべて第１の繊維束１２０（前部フィルタ段）によって形成された第１のフィルタ段で起こるが、第２の繊維束１３０（後部フィルタ段）によって形成される第２のフィルタ段は冗長安全フィルタとして役立つ。
【００３３】
一実施形態では、ケース１１０は、ケース１１０内部の濾過材（繊維束１２０、１３０）の視覚的検査を可能にする、透明又は半透明プラスチックなどの透明又は半透明材料で形成されている。視覚的検査は、第２の濾過段階部の変色が発生せず、これによって、第１の濾過段階部が劣化しておらず第２の濾過段階部が浄化された流体を冗長濾過していることが証明される。しかし、同じく不透明材料を使用することもできるが、この材料は上記の機構を提供しない。
【００３４】
図２〜図３は、ケース１１０に対する第１の繊維束１２０と第２の繊維束１３０の異なる配置を示す。図２では、ケース１１０は実質的に円形断面の形状を有し（例えばケースは円筒状）、第１の繊維束１２０は実質的に円形形状である。同様に第２の繊維束１３０が円形形状を持つことができることは理解されよう。図３は、ケース１１０がさらに楕円形状を有し、第１の繊維束１２０が実質的に円形形状を有する異なる実施形態を示す。第１の繊維束１２０と第２の繊維束１３０の各々を任意の数の異なる形状を有するように束にすることが可能なこともやはり理解されよう。例えば繊維は通常、円形形状の束にされるが、繊維を同じく卵形、正方形、三角形、又は不規則な形状などの他の形状を有する束にすることができる。
【００３５】
さらに別の態様では、第１の繊維束１２０と第２の繊維束１３０の少なくとも１つの寸法における相対サイズは異なることができる。言い換えれば、第１の繊維束１２０は、第２の繊維束１３０とは異なる長さ又は幅の少なくとも１つを有することができる。例えば、第１の繊維束１２０は、第２の繊維束１３０より小さな長さを有する及び／又はより小さな幅を有するいずれかの理由で、ケース１１０においてより少ない面積を占めることができる。したがって、図１〜図３は実質的に同じ第１の繊維束１２０と第２の繊維束１３０を示すが、これらは、ケース１１０の中で異なる空間量を占めるように構造及び／又は配置において異なることができる。通常、一次濾過段は、この場合は第１の繊維束１２０であるが、第２の繊維束１３０が安全性の理由で備えられた冗長段であるから、第２の繊維束１３０よりも小さくなることはない。
【００３６】
図５に図示する一実施形態によれば、第１の繊維束１２０によって形成される第１の段階は、第２の繊維束１３０によって形成される第二段階よりも大きい。言い換えれば、第１の繊維束１２０の長さは第２の繊維束１３０の長さよりも大きく、したがって、第１の繊維束１２０は第２の繊維束１３０に対してより大きな表面積を有する（これは図５に図示されており、第二段階はより小さな面積を占めている）。
【００３７】
別の態様では、より小さな第二段階が制限機構（リストリクタ）として作用し、第二段階は装置を通る流体の流れを制御し制限する。そのわけは、より大きな第１の段階を通って濾過される流体が単に装置を直接通過することができず、また流体出口ポートを通って排出されるために流体は第２の繊維束１３０を通過して第二段階に入らなければならないので、流体出口ポートから出ることができないからである。第二段階を第１の段階と比べて小さな面積を有するように構成することによって、第二段階は装置を通る流体の全体的流量を変更及び制御する。言い換えれば、より大きな第１の段階は、特に流体がシャワー型装置の場合のように圧力の下で第１の段階に導かれる場合には、よりいくつかの流体を受け入れて処理することができるが、流体は小さな表面積の区域（第２の濾過エレメント）を通過しなければならないので、この多い流量は維持されない。実際に、流体を「じょうご状に集中させる」か、又は面積を小さくした区域に導くことによって、第２の繊維束１３０を通じて単位時間当たりさらに少ない流体を濾過することができ、したがって、第二段階を含まないので第１の段階の濾過能力と流量のみによって影響される装置と比較して、流体の全体的な流量は減少する。
【００３８】
第二段階は第１の段階に匹敵する大きな表面積を持っていないので、第１の段階と比較して第二段階を通過し処理できる流体はより少なく、したがって流量は減少する。こうして、第二段階は、第１の段階よりも小さな表面積を有するように構成されるとき、流れリストリクタとして作用する。第二段階を流れ制限として作用させることによって利益が実現し、特に第１の段階の完全性と寿命は、装置を通る流体の全体的流量を減少させることによって向上し、同時になお装置を通る妥当な流量を維持する。第１の繊維束１２０の寿命は、第１の繊維束１２０を通る流量が減少しその結果として第１の繊維束の長い時間にわたる故障は減少するのでより小さなサイズの第二段階を組み込むことによって増加する。第２の繊維束は冗長濾過段であるから、そのサイズの低下は装置の全体的性能を危険にさらさない。この配置はまた、長い時間にわたって装置のより一貫した全体的流量を維持するという利点を有する。長い時間にわたる濾過によって、第１の濾過段階部は粒子によって汚れることになり、これによってその濾過能力の一部を失う。しかし第２の濾過段階部は限定的であり、したがって流れ調整器であるから、装置の全体的流れ容量は変わらない。第二段階の全体的表面積の減少をいくつかの異なる方法で達成することができ、特に第二段階の表面積を、第２の繊維束１３０の長さを減らすことによって、及び／又は第２の繊維束１３０の幅を減らすことによって減少できることもまた理解されよう。
【００３９】
本発明の二段階フィルタ装置１００を、携帯式水濾過ユニット、既存の配管系と共に使用するためもしくは配管系なしで使用するための定置水濾過ユニット、シャワー組立品、実験室用水系統、又は浄化された流体（水）が望まれる任意のその他の用途を含むが、これらに限定されない任意の数の異なる濾過系統に組み込むことが可能なこともまた理解されよう。言い換えれば、二段階装置１００を、フィルタを水処理流路に沿って取り付けることができる任意の数の異なる用途においても使用できる。
【００４０】
こうして、本発明の好ましい実施形態に適用されるものとして本発明の基本的な新規の機構を図示、説明、及び指摘したが、図解された装置の形及び詳細とこれらの動作における様々な省略、代用、及び変更を、本発明の精神と範囲から逸脱することなく当業者には実施できることが理解されよう。例えば、実質的に同じ機能を実質的に同じ方法で実施して同じ結果を達成するこれらの要素及び／又はステップのすべての組合せは本発明の範囲内にあることが、明白に意図されている。説明された一実施形態から他の実施形態に要素を代用することもまた、完全に意図され企画される。図面は必ずしも一定の縮尺に従って描かれておらず、図面は単に本質的に概念的なものであることも理解されよう。したがって、本明細書に添付された特許請求の範囲によって指示されるようにのみ制限されるものとする。
【００４１】
本発明を流体及び特に濾過されていない水などの水溶液の滅菌に関して説明したが、水以外の液体又は流体の混合物を含むその他の流体を冗長に濾過するために、本装置を同様に使用できることは理解されよう。
【００４２】
すべての参考文献、公開物、継続中の特許、及び発行された特許は、いずれも本明細書に参照によってその全体が組み込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一実施形態による濾過装置の断面図である。
【図２】図１の装置において使用するためのケースとファイバの配置の断面図である。
【図３】図１の装置において使用するためのケースとファイバの別の配置の断面図である。
【図４】ループ式ファイバ配置の別の配置の部分断面斜視図である。
【図５】別の実施形態による濾過装置の断面図である。
【図６】さらに別の実施形態による濾過装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１００  濾過装置
１１０  ハウジング、ケース
１１２  第１の端部
１１４  第２の端部
１２０  半透過性中空繊維膜の第１の束
１２１  繊維膜１２０の端部
１２２  繊維膜１２０の端部
１３０  半透過性中空繊維膜の第２の束
１３１  繊維膜１３０の端部
１３２  繊維膜１３０の端部
１４０  第１の注封材料
１５０  第２の注封材料
１６０  外部ポート
１６２  封止部材
１７０  入口キャップ
１７１  封止リング
１７２  リップ部分
１７４  入口ポート
１７６  第１の端部空間
１８０  出口キャップ
１８２  リップ部分
１８４  出口ポート
１８６  第２の端部空間
【図１】
2009514665.tif 000003
【図２】
2009514665.tif 000004
【図３】
2009514665.tif 000005
【図４】
2009514665.tif 000006
【図５】
2009514665.tif 000007
【図６】
2009514665.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年6月27日(2008.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
第１の半透過性繊維束及び第２の半透過性繊維束を含む第１の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記カートリッジは、前記第２の繊維束を通じて導かれることによって前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に、前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、
前記流体入口ポートが前記第１の濾過段階部のみと流通状態とされると共に、前記流体出口ポートは前記第２の濾過段階部のみと流通状態とされ、
前記第１の繊維束は、その両端部が前記カートリッジの前記第１の端部に開いた状態で配置され、且つ濾過されていない未処理の流体を受け入れるように構成され、前記第２の繊維束は、その両端部が前記カートリッジの前記第２の端部に開いた状態で配置され、２回濾過され浄化された流体を前記流体出口ポートに排出するように構成されていることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項２】
前記流体が、水であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１の半透過性繊維束は、前記カートリッジの第１の長手方向長さに沿って収容され、
前記第２の半透過性繊維束は、前記カートリッジの第２の長手方向長さに沿って収容され、
前記第１の長手方向長さは、前記第２の半透過性繊維束と関連性を有さず、
前記第２の長手方向長さは、前記第１の半透過性繊維束と関連性を有していないことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の半透過性繊維束は、前記カートリッジの第１の半体内に収容され、
前記第２の半透過性繊維束は、前記カートリッジの第２の半体内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の半透過性繊維束は、自身の長手方向に沿って曲げられＵ字状構造体を形成し、
前記第１の半透過性繊維束の第１の開端部及び第２の開端部が、前記カートリッジの前記第１の端部で互いに隣接し、
前記第１の開端部及び第２の開端部の両方が、同一の濾過されていない未処理の流体を受け入れることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第２の半透過性繊維束は、自身の長手方向に沿って曲げられＵ字状構造体を形成し、
前記第２の半透過性繊維束の第１の開端部及び第２の開端部が、前記カートリッジの前記第２の端部で互いに隣接し、
前記第１の端部及び前記第２の端部の両方が、前記第１の透過性繊維束及び第２の透過性繊維束の両方を通じて導かれた浄化された流体を排出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記段間の空間が、前記第１の半透過性繊維束及び第２の半透過性繊維束が互いに対して最接近した位置で最小面積になっており、前記カートリッジの内壁に沿って最大面積になっていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の端部に結合され且つ第１のヘッダー空間を形成している第１のヘッダーキャップであって、前記流体入口ポートが前記第１のヘッダーキャップ内に形成されている前記第１のヘッダーキャップ空間と、
前記第２の端部に結合され且つ第２のヘッダー空間を形成している第２のヘッダーキャップであって、前記流体出口ポートが前記第２のヘッダーキャップ内に形成されている前記第２のヘッダー空間と、
をさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の半透過性繊維束の両端部は、前記カートリッジの前記第１の端部において第１の注封材料に埋設され、
前記第２の半透過性繊維束の両端部は、前記カートリッジの前記第２の端部において第２の注封材料に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１の半透過性繊維束の長さは、前記第２の半透過性繊維束の長さと異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１の半透過性繊維束の断面積は、前記第２の半透過性繊維束の断面積と異なることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の半透過性繊維束は、Ｕ字状に構成され、
前記第２の半透過性繊維束は、Ｕ字状に構成され、
前記第１の半透過性繊維束及び前記第２の半透過性繊維束は、前記第１の半透過性繊維束及び前記第２の半透過性繊維束それぞれの湾曲した端部を相互に絡み合わせることによって撚り合わされていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記カートリッジは、前記カートリッジの側壁に沿って形成され且つ前記カートリッジの内部にアクセス可能とされる、さらなる第１のポート及び第２のポートをさらに含んでいることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
半透過性濾過エレメントから成る第１の束を含んでいる第１の濾過段階部及び半透過性濾過エレメントから成る第２の束を含んでいる第２の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を前記第１の濾過段階部内に受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び第２の濾過段階部で２回濾過された後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記カートリッジは、前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に、前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、
前記流体入口ポートは前記第１の濾過段階部のみと流通状態とされると共に、前記流体出口ポートは前記第２の濾過段階部のみと流通状態とされ、
前記第１の束は、自身の開端部が濾過されていない未処理の流体を各開端部内部に受け入れるために前記流体入口ポートと流通状態となるように環状に配置され、
前記第２の束は、自身の開端部が前記流体出口ポートと流通状態となるように環状に配置され、
前記第１の束及び前記第２の束は、各束の湾曲した端部を互いに絡み合わせることによって撚り合わされることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項１５】
対向する第１の端部及び第２の端部と、
半透過性繊維から成る第１の束及び半透過性繊維から成る第２の束を含んでいる第１の濾過段階部と、
濾過されていない未処理の流体を受け入れるための流体入口ポート、及び流体が前記第１の濾過段階部及び前記第２の濾過段階部を通過した後に浄化された流体を排出するための流体出口ポートと、
を有しているカートリッジを備えている二段階濾過装置であって、
前記カートリッジは、前記第２の濾過段階部で再度濾過される前に前記第１の濾過段階部で濾過された流体を受け入れる段間の空間を有し、
前記流体入口ポートが前記第１の束の繊維の両端のみと流通状態とされることによって、濾過されていない未処理の流体は前記第１の束の各端部に流入し、
前記流体出口ポートが前記第２の束の繊維の両端のみと流通状態とされることによって、浄化された流体が前記第２の束の各端部から流出し、
前記第１の束の繊維は、第１の湾曲部によって接続された２つのアームを形成するように屈曲し、前記第２の束の繊維は、第２の湾曲部によって接続された２つのアームを形成するように屈曲しており、
前記第１の束及び前記第２の束は、前記第１の湾曲部が前記第２の束の２つの前記アームの間に配置され、且つ、前記第２の湾曲部が前記第１の束の２つの前記アームの間に配置されるように互いに環状になっていることを特徴とする二段階濾過装置。
【請求項１６】
前記段間の空間は、前記第１の束の繊維及び前記第２の束の繊維それぞれを固定状態で保持するために、前記第１の端部及び前記第２の端部それぞれに形成された注封材料の間で前記カートリッジの内部に形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１の繊維束は、前記カートリッジの第１の長手方向長さに沿って収容され、
前記第２の繊維束は、前記カートリッジの第２の長手方向長さに沿って収容され、
前記第１の長手方向長さは、前記第２の束の繊維と関連性を有さず、
前記第２の長手方向長さは、前記第１の束の繊維と関連性を有していないことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１の束は、前記カートリッジの第１の半体に収容され、
前記第２の束は、前記カートリッジの第２の半体に収容されていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項１９】
前記第１の束の長さは、前記第２の束の長さよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記第１の束の繊維の断面積は、前記第２の束の繊維の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
外側ケースは、透明又は半透明とされ、
これにより前記第２の濾過段階部の繊維が変色しないことによって、前記第１の濾過段階部の完全性が確認可能とされることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２２】
前記第１の束の２つの前記アームの開端部が、前記第２の束の２つの前記アームの開端部から所定の角度でオフセットされていることを特徴とする請求項１５に記載の装置。
【請求項２３】
前記所定の角度が、約９０度とされることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【国際調査報告】
2009514665.tif 000009