(57)【要約】二レベル以上の流体ろ過または流体調整を単一のフィルターカートリッジ内で行なうように構成するフィルターカートリッジを開示し、フィルターカートリッジは、内部空間（１１４）を画成し、空間内に流体を受け入れる入口部（２２２）を有するハウジング（１１０）と、ハウジングから流体を排出する第一出口部（１１８）と、ハウジングから流体を排出する第二出口部（１１９）を含む。フィルターカートリッジは、更に、内部空間内に配設して通過する流体を調整する第一段フィルター（１２０）と、ハウジングの内部空間内に配設して通過する流体を調整する第二段フィルター（１３０）を含み、ここで第一段フィルター（１２０）は、第一流路を経由して入口部及び第一出口部に流体流通し、第二段フィルター（１３０）は、第二流路を経由して入口部及び第二出口部に流体流通する。
2005523145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルターカートリッジであって、
ａ）中心軸と内部空間を画成するハウジングと、ここで前記ハウジングが前記内部空間に流体を受け入れる入口部と、流体を前記内部空間から排出する第一出口部と、流体を前記内部空間から排出する第二出口部と、を有し、
ｂ）通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設した第一段フィルターと、ここで前記第一段フィルターが第一流路を経由して前記入口部及び前記第一出口部と流体流通し、
ｃ）通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設した第二段フィルターと、ここで前記第二段フィルターが前記第一流路と別個の第二流路を経由して前記入口部及び前記第二出口部と流体流通し、
を備えたフィルターカートリッジ。
【請求項２】
前記ハウジングの前記内部空間を通る前記流体の前記流れを選択的に方向付ける手段を備えた、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３】
前記ハウジングの前記内部空間を通る前記流体の前記流れを選択的に方向付ける前記手段が、前記第一段フィルターを通り抜けて前記第一出口部を通り前記ハウジングから流出する前記第一流路へ、流体を方向付けるように構成される、請求項２に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項４】
前記ハウジングの前記内部空間を通る前記流体の前記流れを選択的に方向付ける前記手段が、前記第二段フィルターを通り抜けて前記第二出口部を通り前記ハウジングから流出する前記第二流路へ、流体を方向付けるように構成される、請求項２に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項５】
前記ハウジングの前記内部空間を通る前記流体の前記流れを選択的に方向付ける前記手段が、前記第一流路及び第二流路を同時に流れ、前記第一出口部及び第二出口部から同時に排出するように流体を方向付けるように構成される、請求項２に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項６】
前記第一段フィルター及び第二段フィルターを、前記ハウジングの前記内部空間内に相対して同軸上に配置する、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項７】
前記第一段フィルターが、中空コアを有し、前記第二段フィルターを前記第一段フィルターの前記中空コア内に配設する、請求項６に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項８】
前記第一段フィルターが、前記流体を調整する少なくとも一つのろ材を含む、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項９】
前記少なくとも一つのろ材が、樹脂で結合されたセルロースで画成される、請求項８に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１０】
前記第二段フィルターが、前記流体を調節する少なくとも一つのろ材を含む、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１１】
前記少なくとも一つのろ材が、炭素ブロックろ材で画成される、請求項１０に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１２】
前記少なくとも一つのろ材が、中空糸ろ材で画成される、請求項１０に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１３】
前記第二流路が、前記第一段フィルター及び第二段フィルター双方を横切る、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１４】
前記第一流路が、前記ハウジングの前記内部空間内において前記第一段フィルターを通り半径方向内向きに方向付けられる、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１５】
前記第二流路が、前記ハウジングの前記内部空間内において、前記第二段フィルターを通り半径方向内向きに方向付けられる、請求項１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１６】
前記第一流路及び前記第二流路を通る前記流体の前記流れを方向付ける手段を備えた、請求項１に記載するフィルターカートリッジ。
【請求項１７】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体の流れを方向付ける前記手段が、前記ハウジングの前記内部空間内に配設した構造により画成され、前記構造が、流体の流れを方向付けるように大きさを決められた外面を有する、請求項１６に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１８】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体の流れを方向付ける前記手段が、前記ハウジングと一体である、請求項１６に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項１９】
フィルター装置であって、
ａ）ヘッドと、ここで前記ヘッドが、入口流ポートと、出口流ポートと、前記ヘッドを流体源と流体流通して確保する手段と、前記ヘッドにフィルターカートリッジを確実に取り付ける手段と、
ｂ）フィルターカートリッジと、ここで前記フィルターカートリッジが、
ｉ）中心軸及び内部空間を画成するハウジングと、ここで前記ハウジングが、前記内部空  間に流体を受け入れる入口部と、前記内部空間から流体を排出する第一出口部と、前記内部空  間から流体を排出する第二出口部を有し、
ｉｉ）通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設した第一段  フィルターと、ここで前記第一段フィルターが、第一流路を経由して前記入口部及び前記第一  出口部に流体流通し、
ｉｉｉ）通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設した第二  段フィルターと、ここで前記第二段フィルターが、前記第一流路とは別個の第二流路を経由し  て前記入口部及び前記第二出口部に流体流通し、を含み、
を備えたフィルター装置。
【請求項２０】
前記ハウジングの前記第一出口部からの排出量を選択的に制御する第一出口流バルブを備えた、請求項１９に記載のフィルター装置。
【請求項２１】
前記ハウジングの前記第二出口部からの排出量を選択的に制御する第二出口流バルブを備えた、請求項１９に記載のフィルター装置。
【請求項２２】
前記第一出口部から排出する流体と前記第二出口部から排出する流体とを選択的に混合する手段を備えることにより、前記混合が、選択されたろ過処理特性を有する単一の排出流体を形成する、請求項１９に記載のフィルター装置。
【請求項２３】
前記ハウジングの前記第一出口部及び第二出口部から排出する流体を混合する前記手段が、バルブを備え、前記バルブが、前記ハウジングの前記第一出口部から排出する流体を受け入れる第一入口ポートと、前記ハウジングの前記第二出口部から排出する流体を受け入れる第二入口ポートと、混合した流体を前記バルブから排出する排出ポートとを有する、請求項１９に記載のフィルター装置。
【請求項２４】
第一出口部から排出する前記流体と、前記第二出口部から排出する前記流体と、前記フィルター装置を通過していない流体とを、選択的に混合する手段を備えることにより、前記混合が選択されたろ過処理特性を有する単一の排出流体を形成する、請求項１９に記載のフィルター装置。
【請求項２５】
フィルターカートリッジであって、
ａ）前記フィルターカートリッジに中心軸及び内部空間を画成するとともに、流体を前記内部空間内に受け入れる入口ポートを有するハウジングと、前記内部空間から第一流体を排出する第一出口ポートと、前記ハウジングから第二流体を排出する第二出口ポートと、内部空間とを有するハウジングと、
ｂ）前記第一流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に軸方向に配設した第一段フィルターと、ここで前記第一段フィルターが、中空コアを有し、前記第一段フィルターを通り半径方向に方向付けられた第一流路を経由して前記第出口部に連通し、
ｃ）前記第二流体を調整するために前記第一段フィルターの前記中空コア内に軸方向に配設した第二段フィルターと、ここで前記第二段フィルターが、前記第二段フィルターを通り半径方向内側に方向付けられた第二流路を経由して前記第二出口部に連通し、
を備えるフィルターカートリッジ。
【請求項２６】
前記第一段フィルターが、前記流体をろ過する少なくとも一つのろ材により構成される、請求項２５に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項２７】
前記少なくとも一つのろ材が、珪藻土ろ材により構成される、請求項２６に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項２８】
前記第二段フィルターが、前記流体をろ過する少なくとも一つのろ材により構成される、請求項２５に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項２９】
前記少なくとも一つのろ材が、炭素ブロックろ材により構成される、請求項２８に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３０】
前記少なくとも一つのろ材が、中空繊維ろ材により構成される、請求項２８に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３１】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体を方向付ける手段を備えた、請求項２５に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３２】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体を方向付ける前記手段が、前記ハウジングの前記内部空間内に配設した構造を含み、前記構造が、前記流体の流れを方向付けるように大きさを決められた外面を有する、請求項３１に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項３３】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体を方向付ける前記手段が、前記ハウジングと一体である、請求項３１に記載のフィルターカートリッジ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体ろ過用のフィルターカートリッジに関し、とりわけ二レベル以上の流体ろ過を行なうように構成したフィルターカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
住居用、工業用、医療用の多くの用途において使用される流体は、事前にろ過することが必要である。例えばアメリカ合衆国では、住居用の公共用水源設備は、通常、塩素のような様々な薬品を用いて水を消毒し、健康に悪影響を及ぼさないようにしている。しかし、これらの薬品は、水の味や臭いに望ましくない影響を及ぼし得る上、摂取するのに望ましい清浄度レベルを提供しないこともある。したがって、多くの住居では、現在、料理用または飲料用に水道水をろ過しているか、またはボトル詰めの水を購入している。
【０００３】
住居内では、流体の用途全てにおいて、同様のろ過レベルもしくは調整レベルを必要とするわけではなく、また、水全てを同じ程度に処理することで費用効果は下がる。例えば、自家用車を洗ったり芝に撒いたりする水に、飲料水と同様のろ過レベルは必要ない。また、皿洗い用、入浴用、あるいは洗濯用には、特定のあるいは異なるろ過レベルもしくは軟レベルの水が望ましいこともある。それゆえ、住居内では、二レベル以上のろ過レベルの水があることが望ましい。
【０００４】
工業用や医療用のような他の用途においても、二レベル以上の流体ろ過レベルが必要とされることがある。医療業界では、患者に静脈投与される流体は、投与前にろ過しなければならない。一般的に、非経口液は、多孔質媒体を含むフィルター装置を通してろ過する。治療計画によっては、数種類の非経口液の継続的投与または長期的投与を必要とし、各々の流体は、同じフィルター装置を通し、同じ流路に沿って同じ多孔質媒体を通される。全ての投与液が単一流路を使用した単一のろ過レベルでろ過されれば、不都合が生じてしまう。例えば、同じ多孔質媒体では、異なる非経口液の処理に適さないこともあり、同様の効果があるとも限らない。
【０００５】
従来、単一のフィルターカートリッジあるいはアセンブリでは、ろ過レベルもしくは調整レベルは一つだけである。このようなフィルターでは、ろ過処理されていない流体は、入口ポートを通ってカートリッジ内に入り、カートリッジ内に配設したろ材を通過し、単一の出口ポートから排出する。これら従来型のフィルターカートリッジは、多種の基材を含んでいるかもしれないが、流体は、単一の流路を移動して基材を通り抜けるため、全ての基材を順番にあるいは連続して流れることになる。
【０００６】
住居における用途では、例えばバートランド（Bertrand）に対する米国特許第５，７４４，０３３号明細書に開示されるように、単一のフィルターアセンブリから二つのろ過レベルを得る方法の一つとして、使用者がろ過水と未ろ過水を選択できるように構成したアセンブリがある。他の対策としては、ろ過システムまたはろ過アセンブリに構成部材を加える、あるいは更にプラットフォームや複合フィルターカートリッジを用いたマニフォルドシステムを設計する方法がある。オットー（Otto）に対する米国特許第５，１０７，８９６号明細書は、システムにフィルターカートリッジを加えることで第二のろ過レベルを実現する、マニフォルド型システムの例である。しかし、構成部材が増えると、システムの複雑さ、費用、及び設置所要空間が増大することになる。
【０００７】
したがって、流体ろ過装置は、単一の水源から同時に二つの別の流体を排出するように構成したカートリッジを有して、各々の排出液が異なるレベルの調整あるいはろ過を施されている、という装置であることが必要である。単一のフィルターカートリッジに二つのろ過レベルが備わることによって、ハードウェアの追加が不要になり、流体処理システムの設置及び整備を簡素化でき、必要構成部材の数を減らすことができる。
【０００８】
（発明の概要）
本発明は、ハウジングと、第一段フィルターと、第二段フィルターを含む、画期的かつ改良型の複流式フィルターカートリッジを対象とする。前記ハウジングは、中心軸と内部空間を画成し、前記内部空間に流体を受け入れる入口部と、流体を前記内部空間から排出する第一出口部と、流体を前記内部空間から排出する第二出口部を含む。
【０００９】
第一段フィルターが、通過する流体を調整するために、前記ハウジングの前記内部空間内に配設され、また、第一流路を経由して前記入口部及び前記第一出口部と流体流通している。第二段フィルターも、通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設される。この第二段フィルターは、第二流路を経由して前記入口部及び前記第二出口部と流体流通している。
【００１０】
更に、前記フィルターカートリッジは、前記ハウジングの前記内部空間を通る流体の流れを選択的に方向付ける機構を含む。前記機構は、第一流路を通る流体の流れを選択的に方向付けるように構成し、流体は、第一段フィルターを通り抜け、前記第一出口部を通り前記ハウジングから流出する。更に、前記機構は、第二流路を通る流体の流れを選択的に方向付けるように構成し、流体は、前記第一段フィルターを通り抜け、前記第二段フィルターを通り抜け、前記第二出口部を通り前記ハウジングから流出する。あるいは、前記機構は、流体が前記第一流路及び第二流路を同時に通るように方向付けることもできる。好適な一実施形態では、前記ハウジングの前記内部空間を通る流体の流れを選択的に方向付ける前記構造は、前記フィルターカートリッジハウジングの外部に配置される。
【００１１】
好適な一実施形態では、前記第一段フィルター及び第二段フィルターは、前記ハウジングの前記内部空間内に相対して同軸上に配置する。この実施形態では、前記第一段フィルターは中空コアを有し、前記第二段フィルターは、前記第一段フィルターの前記中空コア内に配設する。通常は、前記第一段フィルターは、流体を調整するろ材を少なくとも一つ含む。ろ材は、沈殿式のフィルター（例えば、樹脂で結合したセルロース）、炭素片フィルター、中空糸フィルター、または流体ろ過に適した他のいかなるろ材、もしくは各形式を組み合わせたろ材も可能である。この実施形態では、第一流路は、前記ハウジングの前記内部空間内において、第一段フィルターを通り実質的に半径方向を向いていると想定する。
【００１２】
更に、前記第二段フィルターは、流体を調整するろ材を少なくとも一つ含む。この少なくとも一つのろ材は、中空糸ろ材、または流体ろ過に適した他のいかなるろ材、もしくは各形式を組み合わせたろ材も可能である。この実施形態では、前記第二流路が、前記第一段及び第二段フィルター双方を通り抜け、前記ハウジングの前記内部空間内において前記第二段フィルターを通り実質的に半径方向を向いていると想定する。あるいは、前記第二流路は、前記第二段フィルターのみを通り抜ける。
【００１３】
好ましくは、前記フィルターカートリッジは、更に、前記第一流路及び前記第二流路を通る流体の流れを方向付ける構造を含む。一実施形態では、前記構造は、前記ハウジングの前記内部空間内に配設したエンドキャップにより画成され、前記ハウジング内に流体の流れを方向付けるように大きさを決め構成した外面を有する。この実施形態では、前記エンドキャップは、ろ材の底部、またはろ材の頂上部、もしくは両位置に配置し得る。別の実施形態では、前記エンドキャップは、例えば中間辺りの高さでろ材内に配設される。
【００１４】
前記第一流路及び前記第二流路を通る流体の流れを方向付ける前記構造は、前記ハウジングと一体であると想定する。しかし、要望に応じて前記内部空間内に差し込んだり取り外したりできる、離間した異なる部材であってもよい。
【００１５】
更に、本発明は、ヘッドとフィルターカートリッジを含むフィルター装置も対象とする。前記ヘッドは、入口流ポートと、出口流ポートと、流体源設備に流体流通する前記ヘッドを固定する手段と、前記ヘッドにフィルターカートリッジをしっかり取り付ける取付具を有する。前記フィルターカートリッジは、中心軸及び内部空間を画成するハウジングを含む。前記ハウジングは、前記内部空間に流体を受け入れる入口部と、前記内部空間から流体を排出する第一出口部と、前記内部空間から流体を排出する第二出口部を有する。
【００１６】
好ましくは、前記フィルターカートリッジは、更に、通過する流体を調整するために、前記ハウジングの前記内部空間内に配設された第一段フィルターを含む。前記第一段フィルターは、第一流路を経由して前記入口部及び前記第一出口部に流体流通する。更に、前記ハウジングの前記内部空間内に、第二段フィルターを配設して通過する流体を調整する。前記第二段フィルターは、前記第一流路とは異なる前記第二流路を経由して、前記入口部及び前記第二出口部に流体流通する。
【００１７】
この実施形態では、前記フィルター装置は、更に、前記ハウジングの前記第一出口部からの流体排出量を選択的に制御する第一出口流バルブと、前記ハウジングの前記第二出口部からの流体排水量を選択的に制御する第二出口バルブを含む。好ましくは、前記第一及び第二出口バルブは、前記フィルターカートリッジハウジングの外部に配置されるが、このハウジングに流体的に流通している。
【００１８】
更に別の実施形態では、前記フィルター装置は、前記第一出口部から排出する流体と前記第二出口部から排出する流体を選択的に混合する機器を含む。この混合によって、選択されたろ過処理特性を有する単一の排出流体を形成する。好適な一実施形態では、前記機器は、前記ハウジングの前記第一及び第二出口部から排出する流体の混合を行ない、またバルブを含む。前記バルブは、前記ハウジングの前記第一出口部から排出する流体を受け入れる第一入口ポートと、前記ハウジングの前記第二出口部から排出する流体を受け入れる第二入口ポートと、混合した流体を排出する排出ポートを含む。あるいは、前記バルブは、前記フィルター装置を通過していない流体を受け入れる第三入口ポートを含むこともできる。前述と同様に、この混合によって、選択されたろ過処理特性を有する単一の排出流体を形成する。
【００１９】
更に、本発明は、複流式フィルターカートリッジに流体を供給する工程と、前記フィルターカートリッジに流体を通過させる工程を含むろ過方法も対象とする。この実施形態の前記複流式フィルターカートリッジは、中心軸及び内部空間を画成するハウジングと、第一段フィルターと、第二段フィルターを含む。好ましくは、前記ハウジングは、流体を前記空間内に受け入れる入口部と、前記内部空間から流体を排出する第一出口部と、前記内部空間から流体を排出する第二出口部を有する。
【００２０】
前記第一段フィルターは、通過する流体を調整するために前記ハウジングの前記内部空間内に配設されて、第一ろ過レベルのろ過を行なう。この第一段フィルターは、第一流路を経由して、前記入口部と前記第一出口部に流体流通する。前記第二段フィルターは、前記ハウジングの前記内部空間内に配設されて通過する流体を調整し、第二ろ過レベルのろ過を行なう。この第二段フィルターは、第二流路を経由して前記入口部と前記第二出口部に流体流通し、第一段フィルターを通過した流体を更に調整する。あるいは、流体は、第一段フィルターを迂回し、第二段フィルターのみに調整される。
【００２１】
本発明の前記ろ過方法は、更に、前記フィルターカートリッジを通る流体の流れを選択的に方向付ける工程を含むので、流体は、少なくとも一つのろ過段階を通り抜けると想定する。好適な一実施形態では、前記フィルターカートリッジハウジングを通る流体の流れを選択的に方向付ける前記工程は、前記第一出口部から及び前記第二出口部からの流体排出量をバルブ手段によって調節する過程を含む。
【００２２】
更に本発明は、とりわけ、前記ハウジングに流体を受け入れる入口ポートを有するとともに中心軸を画成するハウジングを含むフィルターカートリッジも対象とする。前記ハウジングは、更に、第一流体を前記ハウジングから排出する第一出口ポートと、第二流体を前記ハウジングから排出する第二出口ポートと、内部空間を有する。
【００２３】
この実施形態では、第一段フィルターが、中空コアを有し、前記ハウジングの前記内部空間内に軸方向に配設され、前記第一流体を調整する。前記第一段フィルターは、この第一段フィルターを通り実質的に半径方向を向いている第一流路を経由して、前記第一出口部と流通する。また、第二段フィルターが、前記第一段フィルターの前記中空コア内に軸方向に配設され、第二流体を調整し、第二流路を経由して前記第二出口部と流通する。前記第二流路は、前記第二段フィルターを通り実質的に半径方向内側に向いている。
【００２４】
当業者は、本発明により、フィルターアセンブリの構成部材の数もしくは所要空間を増大することなく、従来のろ過装置よりも更に多様な流体ろ過の選択が可能になることを、容易に理解するはずである。ここに開示する前記フィルター装置のこのような独特の特徴は、以下の説明、付随する図面、及び付属の特許請求の範囲により、更に容易に明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
上述のように、本発明は、従来の流体ろ過カートリッジ及び流体ろ過アセンブリに伴なういくつもの欠点を克服する。ここに開示するろ過カートリッジの利点や他の特徴は、本発明の代表的な実施例を示す図面に伴なう以下の好適な実施形態の詳細な説明により、更に容易に明白になるはずである。
【００２６】
本発明において類似する構造要素を同類の参照番号に合致させた図面を参照すると、図１は、本発明の好適な実施形態により構成したろ過カートリッジを図解し、通常は参照番号１００とする。フィルターカートリッジ１００は、水道蛇口アセンブリ２０と飲水部アセンブリ３０を含む住居用配管備品と共に図解されている。この構成では、フィルターカートリッジ１００は、フィルターヘッド１２を通じて給水管１０により未ろ過の冷水源設備に流体的に接続している。冷水は、給水管１０によって供給され、フィルターカートリッジ１００を通過し、第一排水管１４または第二排水管１６を選択的に通り、あるいは両方同時に通り排出される。
【００２７】
第一排水管１４は、流体的に水道蛇口アセンブリ２０に接続し、皿洗いのような家事仕事を行なうための第一ろ過レベルの水道水を提供する。第二排水管１６は、流体的に飲水部アセンブリ３０に接続し、第一調整レベルに相対して、第二ろ過レベルまたは第二調整レベルの飲料水を提供する。本発明のこの実施形態では、フィルターカートリッジ１００は、シンクの高さより低い位置、例えば家具（図示せず）内に設置されていると想定する。フィルターカートリッジ１００を支持構造体に取り付けるには、L字型のブラケット１８のような取り付け部品を用いる。
【００２８】
上述のように、図１では、住居用シンクアセンブリで使用するフィルターカートリッジ１００を示したが、フィルターカートリッジ１００は、住居用、工業用及び医療用の用途等、数多くの用途における様々な流体の調整に使用可能であることを、当業者は容易に理解するであろう。
【００２９】
図２に移ると、フィルターカートリッジ１００は、主にハウジング１１０と、第一段フィルター１２０と、第二段フィルター１３０を含む。ハウジング１１０は、フィルターカートリッジ１００に対して中心軸１１２と内部空間１１４を画成する。ハウジング１１０は更に、流体を内部空間１１４内に受け入れる入口部１１６と、内部空間１１４から流体を排出する第一出口部１１８と、内部空間１１４から流体を排出する第二出口部１１９を含む。図２に示す実施形態では、入口部１１６に連結したネック部１１７は、対向する第一入口ポート１１５ａ及び第二入口ポート１１５ｂと、第二出口部１１９と、オーリングを受け入れる上部及び下部環状密封用凹部１２１ａ及び１２１ｂを含む。更に、ネック部１１７は、半径方向に離間してぶら下がったリブ部材１２３を含み、リブ部材１２３は、内部空間１１４内の第一段階及び第二段フィルター１２０及び１３０の間に、内部空間１１４内に入り込む流体の流路を提供すると共に、第一段階及び第二段フィルター１２０及び１３０を支持する。
【００３０】
直立した管１５０がネック部１１７に挿入されるように構成されていて、流入路２２４と流出路１５２を画成する。管１５０がネック部１１７内に挿入されると、管１５０とネック部１１７の間の隙間が流入路２２４を画成する。管１５０の中空コアが流出路１５２を画成し、第二段フィルター１３０から第二出口部１１９へ流体が通過可能な水路となる。
【００３１】
管１５０は、その下端に連結したカップもしくは環状部材１６０を有する。カップ１６０は、ウェブ１６４と、内部空間１１４内の第一及び第二段フィルター１２０及び１３０を支持するフランジ１６２を含む。管１５０は、カップ１６０と一体であり、また一体となるように成型されていると想定する。あるいは、この図に示すように、カップ１６０を分離させ、中央ボア１６６を有することで、管１５０の下端にカップ１６０を取り付けることもできる。ここに示す実施形態では、ネジ式のコネクタ１５５を用いて第一導管１４（図１参照）を排出部１１８に固定している。
【００３２】
内部空間１１４内には、ハウジング１１０の内部空間１１４内の流体の流れを方向付けるエンドキャップ１７０が配設されている。ここに示す実施形態では、エンドキャップ１７０は、実質的に平面状の上面１７２及び下面１７４を有する。エンドキャップ１７０の上面１７２は、第二段フィルター１３０の底部１３２と接して第二段フィルター１３０の底部１３２に流体が入り込むのを防止することにより、その流体を半径方向内向きに方向付ける。エンドキャップ１７０の機能は、図３及び図４に関して以下に詳細に説明する。
【００３３】
図３を参照すると、第一段フィルター１２０は、ハウジング１１０の内部空間１１４内に配設され、このフィルターを通過する流体を調整するよう構成されている。入口部１１６と第一出口部１１８は、参照番号２００で示す第一流路を経由して流体流通している。また、第二段フィルター１３０は、ハウジング１１０の内部空間１１４内に配設され、このフィルターを通過する流体を調整するよう構成されている。
【００３４】
図３に図解する実施形態では、第一段フィルター１２０と第二段フィルター１３０は、ハウジング１１０の内部空間１１４内で相対して同軸上に配置される。第一段フィルター１２０は、中空コア１２２を画成し、第二段フィルター１３０は、第一段フィルター１２０の中空コア１２２内に配設する。ここに示すように、第一段フィルター１２０は、単一のろ材で構成する。しかし、第一段フィルター１２０は、ろ材を組み合わせて構成することもできる。第一段フィルター１２０の構成材料は、第一流路２００を通り抜ける流体に所望されるろ過あるいは調整の度合いや種類に基いて選択することができる。例えば、住居用の用途では、水源設備からの大きな粒子を除去する、樹脂で結合されたセルロース系フィルターを第一段フィルター１２０に用いることができる。医療のような他の用途では、細菌等の病原微生物をろ過する繊維状ろ材を第一段フィルター１２０に用いてもよい。
【００３５】
第一段フィルター１２０は、カップ１６０に支持される上環状部１２４と、中間溝付き部１２６と、下支持部１２８を有する。中間溝付き部１２６は、第一段フィルター１２０の有効表面積を増大する。下支持部１２８は、内壁１２９に支持される。好ましくは、第一段フィルター１２０の半径方向の内面１３６は、第二段フィルター１３０に接触せず、液流間隙１３１をその間に設ける。
【００３６】
引き続き図３を参照すると、フィルターカートリッジ１００は、作動中に二つの異なる流路に流体を通過させる二つのレベルの流体ろ過レベルを備えるように構成される。第一流路２００は、給水管２１０から始まり、入口ポート２２２を通ってフィルターヘッド２２０内に進入する。給水管２１０から供給され第一流路２００を通り抜けた流体は、ネック部１１７における対向した第一入口ポート１１５ａ及び第二入口ポート１１５ｂを通り、フィルターカートリッジ１００内に入り込む。第一流路２００は、次に、管１５０とネック部１１７の間に画成された流入路２２４を軸方向に通り抜ける。第一流路２００は、ウェブ１６４に沿って半径方向に進み、入口部１１６からぶら下がって半径方向に離間したリブ部材１２３が画成する水路を通り、内部空間１１４内に入り込む。そして、第一流路２００は、まず第一段フィルター１２０を半径方向に通り抜けて液流間隙１３１に至る。そこから、流体は、第一出口部１１８を通って内部空間１１４から流出する。
【００３７】
この実施形態では、バルブ２５０が作動可能に第一出口部１１８に連結しており、流体の流れがハウジング１１０の内部空間１１４を通るように選択的に方向付ける。バルブ２５０は、第一出口部１１８からの排水量を制御する。しかし、流体の流れがハウジング１１０の内部空間１１４を通るように選択的に方向付け、更に第一出口部１１８からの排水量を制御するためには、他の構造や機構を備えることもできるということに留意すべきである。また、制御構造または制御機構は、構造的に第一出口部１１８に連結する必要はなく、単一の個体で構成する必要もない。例えば、図１に示すように、水道蛇口アセンブリ２０は、第一出口部１１８の下流に位置し、ハウジング１１０の内部空間１１４を通る流体の流れを制御する。また、飲水部アセンブリ３０は、第二出口部１１９に流体的に連結し、フィルターカートリッジ１００の内部空間１１４を通る流体の流れを更に制御する。
【００３８】
図４を参照すると、第二流路３００は、第一流路２００の場合と同様に、給水管２１０に源を発することに始まり、入口ポート２２２を通りフィルターヘッド２２０へ進む。そして、第二流路３００は、ネック部１１７の第一入口ポート１１５ａ及び第二入口ポート１１５ｂを通りフィルターカートリッジ１００に入り込み、管１５０とネック部１１７の間に画成した流入路２２４を軸方向に通り抜ける。そして、この流路は、ウェブ１６４に沿って半径方向に進み、内部空間１１４内へ入る。そして、第二流路３００は、第一流路２００と異なり、第一段フィルター１２０と第二段フィルター１３０を連続して通り半径方向内側に進むか、あるいは第一段フィルター１２０と第二段フィルター１３０の間に画成した液流間隙１３１内に導かれる。その結果、フィルターを通った流体は、第一段フィルターに調整され、更に第二段フィルターにも調整され、二度調整されることになる。エンドキャップ１７０は、第二段フィルター１３０の底部１３２に位置する物理的な防壁になり、第一段フィルター１２０と第二段フィルター１３０の両方を通り抜けた流体が第一出口部１１８を通り内部空間１１４から流出するのを防止する。
【００３９】
ここに説明したように、第二段フィルター１３０は、単一のろ材で構成する。しかし、これから説明するように、第二段フィルター１３０は、いくつかの構成要素を有する様々なろ材から構成し得る。例えば、第二段フィルター１３０は、繊維状ろ材や、炭素片ろ材、またプリーツ状ろ材やらせん巻きろ材等の流体ろ過に適した他のいかなるろ材でも構成することができる。第二段フィルターは、図４に示すように、最初に第一段フィルター１２０を通過する第二流路３００を経由して、入口部１１６と第二出口部１１９に流体流通する。
【００４０】
フィルターカートリッジ１００は、ハウジング１１０の内部空間を通る流体の流れを選択的に方向付ける機構２５０を更に含む。具体的には、機構２５０は、第一段フィルター１２０を通り抜け第一出口部１１８を通ってハウジング１１０から流出する第一流路２００へ、流体を方向付けるように構成する。これは、流体が機構２５０を通るようにし、流動制限を解消することによって実現する。また、機構２５０は、流体の流れを、第二流路３００へ、あるいは第一流路２００及び第二流路３００を同時に通るように方向付けるようにも構成する。流体の流れが第一出口部１１８を通って内部空間１１４外へ出てしまうことを防ぐ際、機構２５０は、その流れを第二流路３００を通るように方向付ける。給水管２１０が供給する流体に十分な流入圧があり、この流体の流れが第一出口部１１８または第二出口部１１９を通って内部空間１１４から無理なく流出できるとき、第一流路２００及び第二流路３００を同時に通るように流すことが実現可能になる。
【００４１】
上述したように、本発明のフィルターカートリッジは、第一流路２００及び第二流路３００を通るように流体を方向付ける構造を更に含む。ここに示すように、構造１７０はエンドキャップであると定義し、ハウジング１１０の内部空間１１４内に配設する。エンドキャップ１７０の外面は、流体の流れを方向付けるように大きさを決め構成する。ここに示すように、エンドキャップ１７０は、平面のディスクであり、対向する上面１７２及び下面１７４を有して、第二段フィルターを通過した流体が第一出口部１１８を通り内部空間１１４から流出するのを防止する。あるいは、エンドキャップ１７０の外径区域付近に開口を設け、第一流路２００が第二段フィルター１３０の外側の繊維あるいは外周面を通り抜けるようにすることもできる。この形態の有用性は、第二段フィルター１３０の様々な構成を以下に詳細に説明してより明確にする。
【００４２】
エンドキャップ１７０は、取り外すことができ、内部空間１１４内において流れの異なる特性を提供するエンドキャップと交換することができると想定する。また、エンドキャップ１７０は、フィルターハウジング１１０と一体とし、または取り外せないように設置し、交換できないようにすることもできる。更に、エンドキャップ１７０は、図４に示すように第一段フィルター１２０及び第二段フィルター１３０の底部、または第一段フィルター１２０及び第二段フィルター１３０の頂上部に配置することができる。あるいは、エンドキャップ１７０は、そのどちらにも配置することができる。別の実施形態では、エンドキャップ１７０、または流体を第一流路２００及び第二流路３００を通るように方向付ける類似した構造は、ろ材内に配設することができる。
【００４３】
ここで図５を参照すると、ハウジング４１０と、第一段フィルター４２０と、第二段フィルター４３０を含むフィルターカートリッジ４００が図解されている。ハウジング４１０は、内部空間４１４を画成し、入口部４１６と、第一出口部４１８と、第二出口部４１９を有する。ネック部４１７は、入口部４１６と一体になり、第二出口流バルブ４５５と係合する。この実施形態は、第一出口流バルブ４５０が第一出口部４１８と係合し、第二出口流バルブ４５５が第二出口部４１９に流体的に流通するという点で、前述の実施形態と異なる。第一出口流バルブ４５０及び第二出口流バルブ４５５は、直接フィルターカートリッジ４００に接続する。第一出口流バルブ４５０は、水道蛇口アセンブリ４５２を含み、第二出口流バルブ４５５は、入口流導管４１０と飲水部４５７を含む。第二出口流バルブ４５５は、入口流ポート４５８と出口流ポート４５９を画成する。
【００４４】
第一出口流バルブ４５０及び第二出口流バルブ４５５は、共同して内部空間４１４を通る流体の流れを選択的に方向付ける。具体的には、第一出口流バルブ４５０が解放位置であって第二出口流バルブ４５５が閉鎖位置であれば、流体は、第一流路２００を流れ、第一段フィルター４２０により調整され、第一出口部４１８から水道蛇口アセンブリ４５２を通って内部空間から流出する。あるいは、第一出口流バルブ４５０が閉鎖位置であって第二出口流バルブ４５５が開いていれば、流体は、第二流路３００を流れ、第一段フィルター４２０及び第二段フィルター４３０両方を通過して調整され、第二出口部４１９から飲水部４５７を通って内部空間４１４から流出する。あるいは、第一出口流バルブ４５０及び第二出口流バルブ４５５が両方とも閉鎖位置であれば、流体は、内部空間４１４を通って第一流路２００及び第二流路３００両方を流れ、水道蛇口アセンブリ４５２及び飲水部４５７両方から排出される。
【００４５】
更に、ここで開示するフィルターカートリッジ４００の第二流路３００は、第一段フィルター４２０を通らない。その代わりに第二流路３００は、カップ４６０に形成した開口４１３を進むので、第一段フィルター４２０を迂回することになる。
【００４６】
図６を参照すると、ハウジング５１０と、第一段フィルター５２０と、第二段フィルター５３０を含むフィルターカートリッジ５００が図解されている。ハウジング５１０は、内部空間５１４を画成し、入口部５１６と、第一出口部５１８と、第二出口部５１９を有する。フィルターカートリッジ５００の構造及び機能は、実質的にフィルターカートリッジ１００（図２）と類似し、同様の参照番号が同様の構造要素を特定する。フィルターカートリッジ５００は、第二段フィルター５３０が、３つの同心円状層または同心円状区分のろ材５３２ａ乃至５３２ｃを含むという点で、前述のフィルターカートリッジ１００と異なる。同心円状層または同心円状区分５３２ａ乃至５３２ｃは、所望する流体の性質に基いて、それぞれが選択された気孔率等のろ過特性を有することができる。ここに開示する実施形態では、エンドキャップ５７０は、内部空間５１４内に配設し、平面状の上下面を有する。しかし、他の実施形態では、エンドキャップ５７０は、同心円状層または同心円状区分５３２ａ乃至５３２ｃいずれかの直下に位置して半径方向に離間した開口を有することができる。例えば、エンドキャップ５７０内の開口が同心円状層または同心円状区分５３２ｂの下に位置すると、第一流路を通り抜ける流体は、第一段フィルター５２０を通り、第二段フィルター５３０の同心円状層または同心円状区分５３２ｂ及び５３２ｃを通ってエンドキャップ５７０の開口に進み、第一出口部５１８を通って内部空間５１４から流出できるようになる。
【００４７】
図７を参照すると、本発明の別の実施形態が図解され、概して参照番号６００で指定される。フィルターカートリッジ６００は、ハウジング６１０と、第一段フィルター６２０と、第二段フィルター６３０を含む。ハウジング６１０は、内部空間６１４を画成し、入口部６１６と、第一出口部６１８と、第二出口部６１９を有する。フィルターカートリッジ６００の構造及び機能は、実質的にフィルターカートリッジ１００（図２）と類似し、同様の参照番号が同様の構造要素を特定する。フィルターカートリッジ６００は、第二段フィルター６３０が円柱状に形成され所望する流体の性質に基いて選択されたろ過特性を有する二つのろ材要素６３２ａ及び６３２ｂを含むという点で、前述のフィルターカートリッジ１００と異なる。また、ろ材要素６３２ａと６３２ｂの間には、プレート６７２が配設されて、内部空間６１４内の流体の流れを方向付けている。例えば、プレート６７２は、エンドキャップ６７０に配設した開口６７３ａ乃至６７３ｄと共に、第一流路（図示せず）を通り抜ける流体が、第一段フィルター６２０のみならずろ材要素６３２ｂも通過するようにする。更に、プレート６７２は、第二流路を通り抜けている流体が、ろ材要素６３２ａを通り抜ける一方でろ材要素６３２ｂを通過するのを防ぐ。
【００４８】
図８を参照すると、フィルターカートリッジ１００と、ヘッド７１２と、Ｌ字型のサポートブラケット７１８と、給水管７１０と、第一排水管７１４と、第二排水管７１６と、混合装置７２５を含むフィルター装置７００が図解されている。混合装置７２５は、フィルターカートリッジ１００の第一出口部から排出された流体と、第二出口部から排出された流体を、選択的に混合する。具体的には、流体は、給水管７１０によってフィルターカートリッジ１００に供給される。図３及び４に関してかなり詳しく説明したように、その流体は、フィルターカートリッジ１００の二つの流路を流れる。第一排出導管７１４を通りフィルターカートリッジ１００から退出する流体は、第一のレベルの調整を受け、第二排出導管７１６を通ってフィルターカートリッジ１００から流出する流体は、第二のレベルを受けることになる。混合装置７２５は、第一排出導管７１４または第二排出導管７１６から排出した流体を両方とも受け入れ、受け入れた流体を使用者が選択的に混合できるようにするので、選択されたろ過特性を有する単一の流体排出が行なわれることになる。混合した流体は、排出導管７３０から排出される。
【００４９】
好適な実施形態においては、混合装置７２５は、第一及び第二入口ポートを有するバルブと、排出ポートを含む。第一入口ポートは、フィルターカートリッジ１００の第一出口部から排出される流体を受け入れ、第二入口ポートは、第二出口部から排出される流体を受け入れる。バルブは、使用者が、近い場所あるいは離れた場所から、混合した流体の特性を選択でき、混合流体を混合装置から排出させられるように備え付けることができる。
【００５０】
図９を参照すると、図８に開示したフィルター装置の実施形態に代わる実施形態が図解され、参照番号８００で示されている。フィルター装置８００の構造及び機能は、実質的にフィルター装置７００（図７）と類似し、同様の参照番号が同様の構造要素を特定する。異なる点は、フィルター装置８００では、混合装置８２５が、第一排出導管８１４及び第二排出導管８１６に加え、未ろ過水給水管８１８からも流体を受け入れるという点である。前述と同様に、混合装置８２５は、受け入れた流体を使用者が選択的に混合できるようにするので、選択されたろ過特性を有する単一の流体排出が行なわれることになる。
【００５１】
本発明について、好適な実施形態に関して説明したが、当業者は、付属の特許請求の範囲に定めた本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明に多様な変更及び変形をなし得ることを、容易に理解するはずである。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
本発明に関する当業者がその製造方法及び使用方法をより容易に理解するためには、以下の図面を参照されたい。
【図１】水道水の蛇口及び飲料水の吹き上げ水飲み器を共に示した、本発明の好適な実施形態によって構成したフィルター装置の斜視図である。
【図２】内部空間を画成するハウジング、第一段フィルター、第二段フィルター、及び流体の流れを第一及び第二流路に方向付ける構造を含む、図１のフィルターカートリッジの分解斜視図である。
【図３】本発明の好適な実施形態によって構成したフィルターカートリッジの断面図であり、実質的に半径方向に内部空間及び第一段フィルターを通り抜けて第一出口部を通りフィルターハウジングから流出する第一流路を示す。
【図４】本発明の好適な実施形態によって構成したフィルターカートリッジの断面図であり、流体が、第二段フィルターを通り抜けて第二出口部を通りハウジングから流出する第二流路を示す。
【図５】作動可能なように水源と係合して、第一出口部に連結した蛇口と、第二出口部に連結した飲水部を有する、フィルターカートリッジの断面図である。
【図６】説明を簡略にするために部品を分離した、本発明の好適な実施形態によって構成したフィルターカートリッジの分解斜視図であり、第二段フィルターが、相対的に同軸上に配置した複数のろ材層を含む。
【図７】本発明の好適な実施形態によって構成したフィルターカートリッジの分解斜視図であり、第二段フィルターが、上下方向に重ねて並べた二つの円柱状フィルターエレメントを含む。
【図８】本発明のろ過装置を内蔵したろ過システムであって、第一出口部から流体を受け入れる入口ポートと、第二出口部から流体を受け入れる入口ポートと、単独排出ポートを有する混合装置の斜視図である。
【図９】本発明のろ過装置を内蔵したろ過システムであって、第一出口部から流体を受け入れる入口ポートと、第二出口部から流体を受け入れる入口ポートと、水源設備から未ろ過の流体を受け入れる入口ポートと、単独排出ポートを有する混合装置の斜視図である。
【００５３】
本発明におけるこのような特徴は、既述の好適な実施形態の詳細な説明により当業者には更に容易に明白になるであろう。
【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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【国際調査報告】
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