(57)【要約】カーボン・ブロック・フィルター要素と有孔性フィルター要素とを含むフィルター・アセンブリを含む、封入フィルター・カートリッジを開示する。フィルター・カートリッジは、フィルター・カートリッジを収容するように構成される内室を画成する永久的密封水溜めを有し、水溜めは、非濾過媒体をフィルター・アセンブリの半径方向外面と連通する内室に進入させる入口と、濾過流体をフィルター・アセンブリの軸方向部分から内室を出させる出口とを有する。フィルター・アセンブリの有孔性フィルター要素は、カーボン・ブロック・フィルター要素の軸方向キャビテイ内に収容される中空ファイバー・サブアセンブリを含み、前記中空ファイバー・サブアセンブリは、複数個の中空有孔性ファイバーまたは、カーボン・ブロック要素の半径方向外面を包囲するひだ付きフィルター要素を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）  （ｉ）カーボン・ブロック・フィルター要素と、
（ii）微孔性フィルター要素とを含む
フィルター・アセンブリと、ここで前記フィルター・アセンブリが、上端と、下端と、軸方向部分と、半径方向外面とを有し、
ｂ）  前記フィルター・アセンブリを収容するように構成される内室を画成する永久的密封水溜めと、ここで水溜めが、非濾過媒体を前記フィルター・アセンブリの前記半径方向外面と連通する前記内室に進入させる入口と、濾過媒体を前記フィルター・アセンブリの前記軸方向部分から前記内室を出させる出口とを有し、
を備える、封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記上端と作動的に関連する上端キャップを備える、請求項１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３】
前記上端キャップが、首部と、前記首部を貫通し、前記フィルター・アセンブリの前記軸方向部分と前記水溜めの前記出口との間を流体連通する軸方向流体通路とを有する、請求項２に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４】
前記上端キャップの前記首部のまわりに配設される密封リングを備える、請求項３に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項５】
前記上端キャップの前記首部を密封係合するための、前記水溜めの前記出口を包囲する受け入れカラーを備える、請求項４に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項６】
前記上端キャップが、前記フィルター・アセンブリの前記上端を受け入れ密封包囲するように構成される、請求項２に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項７】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記下端と作動的に関連する下端キャップを備える、請求項１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項８】
前記下端キャップが、前記フィルター・アセンブリを前記水溜めの前記内室内に支持するように取付けられている、請求項７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項９】
前記下端キャップが、前記水溜めの前記内室の壁に係合する複数個の指を備える、請求項８に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１０】
前記下端キャップが、前記下端キャップを貫通し、前記フィルター・アセンブリの前記軸方向部分と前記水溜めの前記出口との間を連通する軸方向通路を備える、請求項７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１１】
前記水溜めが、一端で前記水溜めを永久的に密封するクロジャー・キャップを備える、請求項１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１２】
前記クロジャー・キャップが、スパン溶接、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接またはオーバモールデングにより前記水溜めの前記端部に接合される、請求項１１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１３】
前記クロジャー・キャップが、前記クロジャー・キャップを貫通し、前記フィルター・アセンブリの前記軸方向部分と前記水溜めの前記出口との間を連通する軸方向通路を有する、請求項１１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１４】
前記水溜めの前記入口と作動的に関連する入口チューブと、前記水溜めの前記出口と作動的に関連する出口チューブとを備え、前記入口チューブと前記出口チューブが共に機器と合う取付け部品として構成される、請求項１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１５】
封入フィルター・カートリッジにおいて、
ａ）  上端と、下端と、半径方向外面とを有するフィルター・アセンブリと、ここで前記フィルター・アセンブリが、
（ｉ）  軸方向キャビテイを有するカーボン・ブロック・フィルター要素と、
（ii）  前記カーボン・ブロック・フィルター要素の軸方向キャビテイ内に位置するファイバー・サブアセンブリと、前記ファイバー・サブアセンブリが複数個の中空微孔性ファイバーを含み、
ｂ）  前記フィルター・アセンブリを収容するように構成される内室を画成する永久的密封水溜めと、ここで前記水溜めが、未濾過流体を前記フィルター・アセンブリの半径方向外面と連通する前記内室に進入させる入口と、濾過流体を前記ファイバー・サブアセンブリから前記内室を出させる出口とを有し、
を備える、封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１６】
（iii）  前記複数個の中空微孔性ファイバーを包囲する有孔コア・チューブと、前記チューブが前記ファイバー・サブアセンブリの一部であると共に、前記フィルター・サブアセンブリの上端と関連する上端と、前記フィルター・サブアセンブリの下端と関連する下端と、前記コア・チューブの前記上端の下に形成される環状フランジとを有し、
（vi）  前記有孔コア・チューブを包囲し、前記カーボン・ブロック・フィルター・要素の前記軸方向キャビデイ内に収容され、環状フランジにより前記カーボン・ブロック・フィルター・要素の前記軸方向キャビデイ内に前記中空フィルター・サブアセンブリを支持する、有孔ライナー・チューブと、を備える、請求項１５に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１７】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記上端と作動的に関連する上端キャップを備え、前記上端キャップが、首部と、前記首部を貫通し、前記フィルター・サブアセンブリ及び前記水溜めの前記出口の間を連通する軸方向流体通路とを有する、請求項１５に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１８】
前記上端キャップの前記首部のまわりに配設される密封リングを備える、請求項１７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項１９】
前記上端キャップの前記首部と密封係合する前記水溜めの前記出口を包囲する受け入れカラーを備える、請求項１７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２０】
前記上端キャップが、複数個の流体流れチャンネルを有する垂下外側フランジを備え、前記首部が前記ファイバー・サブアセンブリを受け入れる内孔を有する、請求項１７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２１】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記下端と作動的に関連する下端キャップを備える、請求項１５に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２２】
前記下端キャップが、前記水溜めの前記内室内に前記フィルター・アセンブリを支持する手段を備える、請求項２１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２３】
前記水溜めが、一端で前記水溜めを永久的に密封するクロジャー・キャップを備える、請求項１５に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２４】
前記クロジャー・キャップが、スパン溶接、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接、またはオーバモールデングにより前記水溜めの前記端部に接合される、請求項２３に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２５】
前記水溜めの前記入口と作動的に関連する一般に軸方向オフセット入口チューブと、水溜めの出口と作動的に関連する一般に軸方向に並ぶ出口チューブとを備え、前記入口及び出口チューブはともに機器と合う取付け部品として構成される、請求項１５に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２６】
ａ）  上端と、下端と半径方向外面とを有するフィルター・アセンブリと、ここで前記フィルター・アセンブリが、
（ｉ）  半径方向外面と軸方向キャビテイとを有するカーボン・ブロック・フィルター要素と、
（ii）  前記カーボン・ブロック要素の前記半径方向外面を包囲するひだ付きフィルター要素とを含み、
ｂ）  前記フィルター・アセンブリを収容するように構成される内室を画成する永久的密封水溜めと、ここで前記水溜めが、未濾過流体を前記フィルター・アセンブリの前記半径方向外面と連通する前記内室に進入させる入口と、濾過流体を前記カーボン・ブロック要素の前記軸方向キャビテイから前記内室を出させる出口とを有し、
を備える、封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２７】
前記ひだ付きフィルター要素が、勾配多孔性構造を有する膜構成体を含む、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２８】
前記勾配多孔性構造が、異なる平均孔サイズの離散帯域を含む、請求項２７に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項２９】
前記ひだ付きフィルター要素が、少なくとも一つの支持層を含む、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３０】
前記ひだ付きフィルター要素が、微孔性膜を含む、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３１】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記上端と作動的に関連する上端キャップを備える、請求項２２に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３２】
前記上端キャップが、首部と、前記首部を貫通し、前記カーボン・ブロック要素の前記軸方向キャビテイと前記水溜めの前記出口との間を連通する軸方向流体通路とを有する、請求項３１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３３】
前記上端キャップの前記首部のまわりに配設される密封リングを備える、請求項３２に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３４】
前記上端キャップの前記首部と密封係合する前記水溜めの前記出口を包囲する受け入れカラーを備える、請求項３３に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３５】
前記上端キャップが、複数個の流体流れチャンネルを有する垂下外側フランジを備える、請求項３１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３６】
前記上端キャップが、前記フィルター・アセンブリの前記上端を受け入れ密封的に包囲するように構成される、請求項３１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３７】
前記フィルター・アセンブリが、前記フィルター・アセンブリの前記下端と作動的に関連する前記下端キャップを備える、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３８】
前記下端キャップが、前記水溜めの前記内室内に前記フィルター・アセンブリを支持する手段を備える、請求項３１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項３９】
欠落
【請求項４０】
下端キャップが、前記下端キャップを貫通し、前記カーボン・ブロック・フィルター要素の前記軸方向キャビテイと前記水溜めの前記出口との間を連通する軸方向通路を含む、請求項３１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４１】
前記水溜めが、一端で前記水溜めを永久的に密封するクロジャー・キャップを含む、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４２】
前記クロジャー・キャップが、スパン溶接、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接またはオーバモールデングにより前記水溜めの前記端部に接合される、請求項４１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４３】
前記クロジャー・キャップが、前記クロジャー・キャップを貫通し、前記カーボン・ブロック・フィルター要素の前記軸方向キャビテイと前記水溜めの前記出口との間を連通する軸方向通路を有する、請求項４１に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４４】
前記水溜めの前記内室から空気を通気する手段を備える、請求項４３に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４５】
前記水溜めの前記内室から濾液を排水する手段を備える、請求項４３に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【請求項４６】
前記水溜めの前記入口と作動的に関連する入口チューブと、前記水溜めの前記出口と作動的に関連する出口チューブとを備え、前記入口と出口がともに機器と合う取付け部品として構成される、請求項２６に記載の封入フィルター・カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ここにその全体を文献として組み入れる、２００２年４月１９日に出願した仮米国特許出願第６０/３７４，０６７号明細書の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、流体濾過装置に関し、特に、フィルター・アセンブリを収容するように構成された、永久封止水溜めを有する封入フィルター・カートリッジに関する。フィルター・アセンブリはカーボン・ブロック・フィルター要素と微孔性フィルター要素とを含む。フィルター・アセンブリの微孔性フィルター要素は、たとえば、カーボン・ブロック要素の軸方向キャビテイ内に収容される中空微孔性ファイバー・サブアセンブリまたはカーボン・ブロック・フィルター要素の半径方向外面を包囲するひだ付きフィルター要素である。
【背景技術】
【０００３】
世界の殆どの区域では、飲料またはタップ水には、かなりの量の有毒なまたは攻撃的な化学物質、懸濁粒子および微生物を含有する。種々の環境では、これら汚染物は水が使用される前に除去しなければならない。市水処理プラントではこの問題に取り組もうとしているが、多くの個人や機関はこのような努力を不十分であるとし、現場の水フィルターを利用している。しばしば、このような水フィルターは冷蔵庫の製氷器または水デスペンサー等器具内に一体化される。
【０００４】
活性炭を含有するフィルター要素は、水から、たとえば、塩素、硫化水素、農薬、除草剤、フェノール、クロロフェノール及び炭化水素等の化学物質を除去するのに効果的であると知られている。このような汚染物質を除去すると、通常、濾過水の味、臭気および外見を改善する。それにもかかわらず、殆どの炭質フィルター要素は、バクテリア、ウイルスその他微生物を除去するほど微少ではない。その目的のため、種々の微孔性フィルター要素は、炭質フィルター要素に加え、濾過装置内に組み込まれている。バクテリア、ウイルスその他微生物を除去するにあたり効果的であると知られている微孔性フィルター要素は、米国特許第３，５２６，００１号明細書（この開示をここに文献として組み入れる）に記載のもの等中空微孔性ファイバー、米国特許第６，１１３，７８４号明細書（この開示をここに文献として組み入れる）に記載のもの等微孔性膜、および同様な機能を発揮できる他の構造体を含む。
【０００５】
典型的に、現場のフィルターは、たとえば、管と直列に、流体の流れに結合される永久ハウジングに取り付けられるように構成され、ハウジング内のフィルター・カートリッジを必要なときに取り替えるため、このカートリッジにアクセスする手段を含む。流体フィルターを流体の流れに結合する他の方法は、カウンター甲板濾過ユニットによる。カウンター甲板濾過ユニットは、流れに隣接する標準家庭用カウンター甲板に嵌合する寸法を有し蛇口等流体の流れ出口に結合するようにされた携帯装置である。
【０００６】
Ａ．  カーボンと微孔性ファイバーとを含む複合流体濾過装置
いくつかの文献は、中空ファイバー・フィルター・サブアセンブリとカーボン・ブロック・フィルター要素との組み合わせを利用する流体濾過装置を記載している。たとえば、ギオーダノ（Ｇｉｏｒｄａｎｏ）他の米国特許第５，１５１，１８０号明細書は、住宅用給水系に使用されるフィルター装置を記載している。この装置は、密閉キャビテイとこのキャビテイに配設されるフィルター・ユニットとを有する容器を含む。このフィルター・ユニットは第一半径方向流れフィルター・サブアセンブリと第二半径方向流れフィルター・サブアセンブリとを含む。米国特許第５，１５１，１８０号明細書の一実施例によれば、半径方向流れサブアセンブリは、プレフィルター層に被覆され、その中心に嵌合される軸方向流れサブアセンブリの半径方向外方に配設されるカーボン・ブロック・シリンダーを含む。この軸方向流れサブアセンブリは、円筒形プラスチック・シェル内に配設される中空ファイバー型フィルター・ユニットを含む。入口／出口取付け具はフィルター・ユニットの底板の下側に接続される。浄化される水は、カーボン・ブロック・フィルターを介し半径方向内方に、ついで、下方向に半径方向流れアセンブリを介し、入口から内室内に上方向に流れ、室の底部の出口を介し内室を出る。フィルター・アセンブリはハウジング内に取り外し可能に配設される。
【０００７】
イノウエ（Inoue）他の米国特許第４，６３６，３０７号明細書は、中空ファイバー濾過モジュールとこのような中空ファイバー濾過モジュールを採用する水浄化装置とを記載する。米国特許第４，６３６，３０７号明細書の一実施例によれば、水浄化装置は、容器と、容器内に取り外し可能に取り付けられる吸収モジュールと、吸収モジュール内に嵌合される中空ファイバー濾過モジュールと、処理水を排出するノズルとを含む。ノズルは、容器の頂部で濾過モジュールの上方に位置決めされる。なお米国特許第４，６３６，３０７号明細書では、吸収モジュールは粒状活性炭を含有してよいと記載する。容器の内壁と吸収モジュールの外壁との間の空間に水が一度溜まると、水は、モジュールの上面を介し吸収モジュールに進入して、その全長を介し下方向に流れる。ついで、流体が中空ファイバー濾過モジュールに進入し、上方向に移動するので、浄化流体は、容器の頂部のノズルから抽出される。吸収モジュール内の粒状活性炭の使用により、この水浄化装置は、過剰にカーボン粒子を設定して濾過効率を減少し、また予期しない衝撃または振動による収着ベッド内の濾液のチャンネリングにより濾過系統の信頼性を減少する等、種々の欠点を有する。
【０００８】
Lawrence他の米国特許第５，１０２，５４２号明細書は、コンパウンド・キャニスター形フィルターを記載する。実施例の一つによれば、コンパウンド・フィルターは、円筒形状カーボン濾過系と中空ファイバー束とからなる。カーボン部分は軸方向キャビテイを有し、中空ファイバー束はキャビテイ内に挿入される。カーボン部分の中央キャビテイはまた、ファイバー束を包囲する円筒形状流れ制御チューブを含む。このチューブはカーボンを介し水を長い路に付勢して流入流体を付加濾過する。好ましくは、流れ制御チューブは、半径方向流れから束長さの約７０％隔離する。一部流れ制御チューブの使用による、この構成は濾過に高い流体圧を要し、濾過工程で高い流体圧降下となる。加えて、濾過はカーボン媒体を介して水路を増加することによって改善されるが、米国特許第５，１０２，５４２号明細書は、有孔中空ファイバーの濾過速度効率とアセンブリの濾過寿命が半径方向濾過のためのファイバーの露出表面積の減少によってかなり減少されることを考慮していない。さらにまた、米国特許第５，１０２，５４２号明細書は、フィルター要素をそのハウジングから除去する改良手順を提供することを主張しているが、この方法はむしろ複雑である。
【０００９】
日本特許１−１３５５８３号明細書は、水浄化装置を記載している。この装置は、活性炭からなる第一コップ形状濾過部分と、殆ど第一部分内に収容され、Ｕ形状に曲げられた有孔中空糸からなる第二濾過部分とを含む。この発明の数実施例によれば、水は、水浄化装置の底部の第一濾過部分に進入し、活性炭を介し上方および内方に移動し、その内面を介し第一部分を出る。ついて水は、第二濾過部分の中空糸に進入し、水浄化装置の頂部に向け上方向に移動する。日本特許１−１３５５８３号明細書の他の実施例によれば、被浄化水は第一濾過部分にその上面を介し進入し、活性炭を介し下方に移動し、第一部分の底部に堆積する。第一部分の底部に十分な水が一度堆積すると、水は第二部分の中空糸に進入し、装置の頂部の出口に向けて上方に流れる。
【００１０】
日本特許１−９５７６８２号明細書は、内外ハウジングを有する流体フィルターを記載する。この発明の一実施例によれば、活性炭は内外ハウジング間に位置決めされる。中空ファイバー束が内側ハウジング内に設けられる。被浄化水は、装置の底部のハウジング間の空間に進入し、活性炭を介し上方向に移動する。内外ハウジングにより形成されるキャビテイの頂部に達すると、流体内側ハウジング内に流入し、底部に位置する出口に向けて下方向に微孔性ファイバーを貫通する。
【００１１】
日本特許２−８３０８６号明細書は、化学不純物を除去する一次濾過部材と、微生物を除去する第二濾過部材と、一次濾過部材と第二濾過部材との間の抗細菌手段とを有する水浄化器を記載する。日本特許２−８３０８６号明細書の一実施例によれば、一次濾過部材は円筒形活性炭フィルターで、第二濾過部材はカーボン・フィルターの中央キャビテイ内に配置される中空ねじユニットである。抗細菌手段は、抗細菌剤を、中空ねじユニットを作成する材料に添加することにより、抗細菌剤を含有する不織布を第二濾過部材の取水口に載置することにより、または消毒剤を、一次濾過部材と第二濾過部材間に存在する水に供給することにより実現される。この水はまず、一次と第二のフィルター・ユニットを密閉するケーシング内に供給される。ケーシングから、水は、活性炭フィルターを介し半径方向内方に流れ、中空ねじユニットの濾過孔を介し上方向に通り、ついで、頂部の中央通路を介しフィルター・ユニットから取り出される。
【００１２】
ムラマツ（Muramutsu）他の米国特許第５，０９２，９９０号明細書は、一般に円筒形ケーシングとケーシング内に含まれるフィルター要素とを含むフィルター装置を記載する。一実施例によれば、フィルター要素は、波形フィルター膜とフィルター膜の内面に接触する支持ネットとを含む。この波形膜は、フィルター布で作成され一般に円筒形輪郭を有する形状にされ、活性炭のプレ・コート層が膜の外面に形成される。中空ファイバー・ユニットは支持ネット内に配設される。被濾過水は、波形フィルター膜の外面を介しフィルター・ユニットに進入し、支持ネットを貫通し、その後中空ファイバーを介し上方向に移動し、頂部の中央開口を介しフィルター要素を出る。
【００１３】
米国特許第５，０９２，９９０号明細書に記載されるプレ・コート構成は種々の欠点を有する。たとえば、膜の外面を活性炭層で被覆すると膜の多孔性を阻害して、被覆膜は比較的に粗い濾過を不能にする。加えて、プレ・コート構成は、カーボン層の不十分な深さと非均一な厚みを生じ、または、膜に裸表面をも生じやすい。
【００１４】
Ｂ．カーボンと微孔性膜とを含む複合流体濾過装置
ソロモン（Solomon）他の米国特許第４，７１４，５４６号明細書は、フィルターのハウジング内に水不透過性チューブを有する携帯水フィルターと、チューブを包囲する管状ひだ付き要素とチューブ内に位置する活性炭フィルターとを開示する。作動時、入口からの水の一部はひだ付き要素を介し、ついでカーボン・フィルター要素を介し第二出口に流れる。入口からの水の他の部分は、管状ひだ付き要素に沿って流れて管状要素を洗い、ついで第一出口を流出する。ひだ付き要素を半径方向に流れる水は、ついで底部開口の水不透過チューブに進入し、上方向に流れ、ハウジングの頂部の第二出口から流出することもありうる。
【００１５】
ジェウェル（Jewell）他の米国特許第４，８２８，６９８号明細書は、ほぼ円筒形フィルター構成を有し、円筒形有孔手段と、円筒形収着剤含有手段と円筒形微孔性手段とを含む、濾過装置を開示する。微孔性手段は他の２つの手段の下流に配設される。有孔手段はひだ付き有孔ナイロン膜を含み、収着剤含有手段は活性炭を含有する。濾過装置の頂部に位置する軸方向配置の入口を介し進入する濾液は、フィルター要素の半径方向外面に向けて流れる。流体は、ついでフィルターの異なるステージを介し半径方向内方にフィルター要素の中央キャビテイに流入して、濾過装置の底部の軸方向配置の出口から流出する。
【００１６】
スミス（Smith）他の米国特許第６，１３６，１８９号明細書は、活性炭を含有する内側濾過媒体のまわりに配置された円筒形ひだ付き膜を含む、円形横断面首部または開放端を有する水ボトルに使用されるフィルター・アセンブリを開示する。作動に際し、フィルター・アセンブリがボトルを満たす水に浸せきされると、被濾過水は、フィルターの側壁の孔またはスロットを介し進入し、ひだ付き膜を介し、内側濾過媒体を介し半径方向内方に流れて、出口と連通するフィルターの中央スペースに入る。米国特許第６，１３６，１８９号明細書に記載される、濾過装置に使用されるひだ付き膜は１ミクロンより小さい粒子を保持できない。内側カーボン含有媒体の多孔性は約１０と１５０ミクロンの間である。さらに、フィルター媒体は被濾過水内に浸せきされたままで直接触する。これら構成上の欠点により、このフィルターの効率を減じ、得られる製品量が不足することになる。
【００１７】
タナー（Tanner）他の米国特許第６，２９０，８４８号明細書は、ひだ付き膜等有孔粒子フィルターと、有孔粒子フィルター内に配設される、カーボン等粒状媒体とを含有する、重力供給水処理装置用フィルター・カートリッジを開示する。粒状媒体はフィルターの中央容積に配設される。被処理水はまず、粒状媒体を介しフィルターの内部容積に流入してから、有孔粒子フィルターを介し半径方向外方に流れる。
【００１８】
最後に、コーテス（Coates）他の米国特許第５，７０７，５１８号明細書は、フィルター・ハウジングの頂部に位置する出入り口コネクターを有する冷蔵庫水フィルターと、ハウジング内の交換可能フィルター・カートリッジとを開示する。交換可能フィルター・カートリッジは多材構造を有する円筒形体を含む。この円筒形体は、圧縮加工または押出し加工されたカーボンの内筒と、ファイバー真綿の中間層と、外側メッシュ・ラップとを含む。縦穴がフィルター体を貫通し、出口孔コネクターと流体連通している。水は、縦穴に向けフィルター体を介し半径方向内方に流れるときに浄化される。その後、濾過水は孔を介し上方に流れて、出口孔コネクターから抽出される。フィルターのハウジングは、互いに解放可能に固定される頂部と底部とを含み、フィルター・カートリッジが必要時にアクセスして交換できるようになっている。米国特許第５，７０７，５１８号明細書に記載される水フィルターは、微生物を除去する微孔性要素を含まず、フィルター要素を交換するためハウジングを開けねばならない欠点を有する。
【００１９】
上記の文献は濾過装置に組み入れた複合フィルター要素を開示しているが、使い捨て可能な封入フィルター・カートリッジを、単独または組み合わせて、教示も示唆もせず、使い捨て可能な封入フィルター・カートリッジの一部として含有かつ効果的作動に適するフィルター・カートリッジも提供していない。その上、上述文献に記載される水フィルターのいくつかは粒状活性炭を利用している。上記説明したように、水フィルターにこのような媒体を使用すると、他の事項のうち、流体の流れ内の化学的汚れおよび粒状物を除去するカーボン・ブロック・フィルターの使用を教示している本開示と比較して種々の欠点を生じる。
【００２０】
そのため、流体濾過分野では、改良濾過装置と、流体流れ内の化学的汚れと微生物の両方を効果的かつ効率的に減少するカートリッジとをなお必要とし、それで、適切なフィルター寿命が得られかつ、フィルターの老化により、またはフィルター・ユニットの通常の取り扱いにより比較的影響されない均一な濾過品質を提供し、さらに、機器に取り付ける構成としてもよい。加えて、容易に交換できる濾過装置をなお必要とすると、同時に作動中気密または液密とすべきである。
【００２１】
発明の概要
本開示の発明者は、粒状物を除去し化学的汚れを吸収するためのカーボン・ブロック・フィルター要素と、フィルター・カートリッジを通過する濾液から微生物および（または）粒状物を除去するための、たとえば、中空微孔性ファイバー・サブアセンブリ、ひだ付きフィルター要素、または同様の機能を与えることができる異なる構造体のような微孔性フィルター要素とを含む複合フィルター・アセンブリを有する永久的封入フィルター・カートリッジを採用することによって、上記フィルター・アセンブリに関連する問題の多くを解決した。従来の濾過装置と対比して、本開示により構成された封入フィルター・カートリッジは使い捨て可能で、容易に切断されユニットとして処分される。このことは、フィルター・カートリッジの内室を医療または医薬用途における等、汚れのない状態にすべき場合に、特に重要である。
【００２２】
本開示による使い捨て可能フィルター・カートリッジの利益として、比較的長い寿命と比較的低い圧力降下を維持する一方、化学的汚れ、粒状物、および微生物の効果的除去の能力等製造の容易さの増大や優れた性能特性がある。加えて、本開示による処分可能フィルター・カートリッジは、フィルター・アセンブリを交換するために開放する必要がなく、ユニットとして除去処分される。この有利な特長により、機器および漂遊カーボンによりフィルター・カートリッジを操作する人の手また、フィルターからの他の粒子の汚れの回避を助け、またフィルター・カートリッジの気密または液密作動を促進する。さらにまた、この特長によりフィルター・カートリッジ自身の汚れのない作動を容易にする。
【００２３】
カーボン・ブロック・フィルター要素の上流に配設される微孔性フィルター要素を有するフィルター・アセンブリの利益として、微生物が、成長し、数倍に増殖し、またフィルター・カートリッジに移住することさえする、カーボン・ブロック・フィルター要素に進入する前に、微生物を保持する能力がある。加えて、  カーボン・ブロック・要素が微孔性要素の下流に位置決めされると、たとえば、微生物の存在により、微孔性要素が発生する望ましくない悪臭や味がその後カーボン・ブロック要素により除去される。
【００２４】
そこで、本発明は、カーボン・ブロック・フィルター要素と微孔性フィルター要素とを含むフィルター・アセンブリを有する封入フィルター・カートリッジに関する。封入フィルター・カートリッジはまた、フィルター・アセンブリを収容するよう構成された内室を画成する永久密閉水溜めを有する。この水溜めは、フィルター・アセンブリの半径方向外面と連通するため未濾過（以下非濾過とも称する。）媒体を内室に進入させる入口と、濾過媒体をフィルター・アセンブリの軸部分から流出させる出口とを有する。
【００２５】
本開示により構成された封入フィルター・カートリッジの一実施例において、フィルター・アセンブリは、軸方向キャビテイを有するカーボン・ブロック・フィルター要素と、カーボン・ブロック・フィルター要素の軸方向キャビティ内に収容される中空ファイバー・サブアセンブリとを含み、ファイバー・サブアセンブリは複数個の中空微孔性ファイバーを含む。ファイバー・アセンブリはさらに、複数個の中空微孔性ファイバーを包囲する孔あきコア・チューブと、カーボン・ブロック要素の軸方向キャビテイ内に収容され、中空ファイバー・サブアセンブリを環状フランジによりカーボン・ブロック要素の軸方向キャビテイ内に支持する、孔あきコア・チューブを包囲する孔あきライナー・チューブとを含む。
【００２６】
本開示により構成された封入フィルター・カートリッジの他の実施例において、フィルター・アセンブリは、カーボン・ブロック・フィルター要素と、カーボン・ブロック要素の半径方向外面を包囲するひだ付きフィルター要素とを含む。ひだ付きフィルター要素は好ましくは、異なる平均孔サイズの離散帯域を有する、勾配多孔性構造を有する膜構成を含む。この膜構成はまた、微孔性膜を含む。少なくとも、一つの排水層と一つ以上のクッション層とを同様にひだ付き要素に含む。
【００２７】
封入フィルター・カートリッジはまた、フィルター・アセンブリの上端に作動的に関連する上端キャップを含む。この上端キャップは、首部と、これを貫通し、フィルター・アセンブリの軸方向部分と水溜めの出口との間を流体連通する軸方向流体通路とを有する。密封リングが上端キャップの首部のまわりに配設される。封入フィルター・カートリッジ・アセンブリの水溜めは、上端キャップの首部の密封係合のため水溜め出口を包囲する受け入れカラーを有する。中空ファイバー・サブアセンブリがカーボン・ブロック要素内に収容される、本開示の例示的実施例において、端キャップの首部は、ファイバー・サブアセンブリを受け入れる内部孔を含む。本開示の適切な例示的実施例において、上端キャップは、フィルター・アセンブリの上端を受け入れて密封包囲するように構成される。
【００２８】
フィルター・アセンブリの下端に作動的に関連する下端キャップはまた、本開示による封入フィルター・カートリッジの一部として含まれる。下端キャップは水溜めの内室内にフィルター・カートリッジ・アセンブリを支持するように構成され、水溜めの内室の壁に係合する複数個の指を含む。本開示の適切な例示的実施例において、下端キャップは、これを貫通し、フィルター・アセンブリの軸方向部分と水溜めの出口との間を連通する軸方向通路を含む。
【００２９】
水溜め内のフィルター・アセンブリの永久囲いは好ましくは、水溜めの端部にスパン溶接されるクロージャー・キャップにより達成される。それに代え、クロージャー・キャップは、他の手段、たとえば、スパン溶接、超音波溶接、熱板溶接およびオーバモールデングにより水溜めの端部に接合してもよい。本開示の適切な例示的実施例において、クロージャー・キャップは、これを貫通しフィルター・アセンブリの軸方向部分と水溜めの出口との間を連通する軸方向通路を有する。
【００３０】
水溜めはまた、水溜めの内室から空気を通気する手段と、水溜めの内室から濾液を排水する手段とを含む。いくつかの実施例では、水溜めは、水溜めの入口と作動的に関連する入口チューブと、水溜めの出口と作動的に関連する出口チューブとを含み、両入口・出口チューブは機器と合わせる取付け部品として構成される。
【００３１】
本発明の封入フィルター・カートリッジ・アセンブリのこれら、および他の態様と、これを使用する方法は、当業者にとって、以下の詳細な説明からさらに容易に明らかになる。
【００３２】
発明の詳細な説明
同じ符号はここに記載される濾過装置の同様な構成要素を示す図面を参照すると、図１Aに、本開示の例示的実施例により構成された使い捨て可能封入フィルター・カートリッジが例示され、一般に符号１０で示される。図２，４，７で示すように、フィルター・カートリッジ１０，１１０，２１０は、フィルター・アセンブリ２２，１２２，２２２を支持する内室２０，１２０，２２０と、水溜め内にフィルター・カートリッジを永久的に包囲するための底部のクロージャー・キャップ１４，１１４，２１４とを有する水溜め１２，１１２，２１２を含む。クロージャー・キャップ１４，１１４，２１４は、好ましくは、水溜め１２，１１２，２１２の底部にスパン溶接される。クロージャー・キャップ１４，１１４，２１４を水溜め１２，１１２，２１２の底部に接合する他の方法は、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接、オーバモールデングおよび機械的固定手段を含む。
【００３３】
水溜め１２，１１２，２１２は、水溜め１２，１１２，２１２の内室２０．１２０，２２０内に流体を入れる入口チューブ１６，１１６，２１６と、水溜め１２，１１２，２１２の上端の内室２０．１２０，２２０から流体を出す出口チューブ１８，１１８，２１８とを有する。図１Bに示すように、出口チューブ１８は一般に水溜め１２の中央軸線に整列され、入口チューブ１６は溜め１２の中央軸線から片寄らせる。入口・出口チューブ１６，１１６，２１６および１８，１１８，２１８は、好ましくは、機器の対応する受け入れ口（９６，１９６，２９６および９８，１９８，２９８）に合わせる速接続／脱着取付け部品となるように構成される。好ましくは、機器は水濾過機器で、もっとも好ましくは、製氷器および（または）流体デイスペンサーを有する冷蔵庫における水濾過機器である。
【００３４】
図３，４，５，および図７を参照すると、フィルター・アセンブリ１２２，２２２は、貫通または貫通しない軸方向キャビテイ１２６，２２６を有する円筒形カーボン・ブロック・フィルター要素１２４，２２４を含む。このようなカーボン・ブロック・フィルター要素は、たとえば、共にキュノ社（Cuno Inc.）に譲渡され、ここに文献として組み入れる、ウェイ・シ・チェン（Wei-Chih Chen）他の米国特許第５，９２８，５８８号および第５，９２８，５８８号明細書により製造される。カーボン・ブロック・フィルター要素１２４，２２４は好ましくは、約０．０１から約０．１０の間のｋ−値を有し、流体の流速に大きな減少、または所望の流体の流速を保持するため圧力増大を必要とせず優れた吸着能力を発揮する。
【００３５】
図３および図４に示される、本開示の一実施例によれば、フィルター・アセンブリ１２２は、カーボン・ブロック・フィルター要素１２４の外周のまわりに配設される、当業者にとって周知の適当な材料で製造されるプレフィルター１２５を含む。プレフィルター材料の例は、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、樹脂結合の、またはバインダーなしのファイバー（たとえば、グラース・ファイバー）の適当なシート状フリース、その他合成物（織および不織フリース構造体）；ポリオレフィン、金属、およびセラミックス等焼結材；糸、特殊フィルター・ペーパー（たとえば、ファイバー、セルローズ、ポリオレフィンおよびバインダーの混合物）；およびその他を含む。好ましくは、プレフィルター１２５は、不織りポリプロピレン（たとえば、メルトーブロウン）または不織りポリエステルで作られる。プレフィルター１２５に加えて、フィルター・アセンブリは、プレフィルター１２５のまわりに配設され、プレフィルター１２５をカーボン・ブロック要素１２４のまわりに固定する保護ネッテング１２７をふくむ。保護ネッテング１２７は、適当な高分子材または他の材料で作られる。高温用途では、金属メッシュまたはスクリーンが使用される。
【００３６】
さらに、図３および図４を参照すると、フィルター・アセンブリ１２２は、この実施例では、カーボン・ブロック要素１２４の軸方向キャビテイ１２６内に収容される中空ファイバー・サブアセンブリ１３０である、微孔性フィルター要素を含む。図３および図４に示され、開示をここに文献として組み入れるハムリン（Hamlin）他の共通に譲渡された米国特許第６，１３９，７３９号明細書に詳述されるように、本開示の適切な実施例において、中空ファイバー・サブアセンブリ１３０は、中空円形ファイバーまたは微孔性チューブ１３２の束を含み、その対向端は、当業者に周知のように、好ましくは、比較的非有孔材１３１に入れられる。使用時、流体は、薄いチューブまたはファイバー１３２の壁の孔を通過中に濾過される。ナイロン微孔性チューブも、たとえば、開示をここに文献として組み入れるギオーダ（Giordano）他の共通に譲渡された米国特許第５，１５１，１８０号明細書に開示されるように、使用されるが、ファイバーまたはチューブ１３２は好ましくは、ヒドロフィリック・ポリスルホンにより作られ、その端部にポリウレタンが入れられる。当業者に周知の他の適当な材料もまた、濾過される媒体および他の関連の要因に応じてチューブ中空ファイバーまたはチューブ１３２を作成または入れるために使用される。
【００３７】
中空ファイバー・サブアセンブリ１３０はまた、中空ファイバー束１３２を包囲する有孔コア・チューブまたはケージ１３４を含む。好ましくは、有孔コア・チューブまたはケージは、少なくともファイバーの表面積の約４０％が濾液の半径方向の流れに露出されるように構成される。より好ましくは、濾液の半径方向の流れに露出されるファイバーの表面積は、少なくとも約５０％、より好ましくは、約７０％である。カーボン・ブロック要素１２４の軸方向キャビテイ１２６はまた、カーボン・ブロック要素１２４を付加的に支持するため有孔ライナー・チューブ１２８を含む。有孔コア・チューブまたはケージ１３４により包囲される中空ファイバー束１３２は、コア・チューブ１３４の上端の下に形成される環状フランジ１３６によりライナー・チューブ１２８内に支持される。有孔ライナー・チューブ１２８はまた、好ましくは、少なくともファイバーの表面積の約４０％が濾液の半径方向の流れに露出される。より好ましくは、濾液の半径方向の流れに露出されるファイバーの表面積は、少なくとも約５０％、より好ましくは、少なくとも約７０％である。いくつかの用途では、有孔コア・チューブまたはケージ１３４および有孔ライナー・チューブ１２８は、フィルター媒体に匹敵する熱膨張係数を有する材料からなる。好ましくは、コア・チューブ１３４およびライナー・チューブ１２８は共に、流体の流れを阻止し大きな圧力降下を生じないような十分大きい孔または開口を有する。
【００３８】
図３および図４に示される本発明の例示的実施例によれば、コア・チューブ１３４の上部分１３４ａは、カーボン・ブロック要素１２４の上端を超えて延長し、環状密封リング１３８は、環状フランジ１３６の上から間隔をおいてコア・チューブ１３４の上部分１３４ａのまわりに位置決めされる。環状密封リング１３８は、上端キャップ１４２内のコア・チューブ１３４の上部分１３４ａの密封係合を容易にする。
【００３９】
図２，３および図４を参照すると、上端キャップ４２，１４２は、フィルター・アセンブリ２２，１２２の頂部と作動的に関連する。図２，３および４に示すように、上端キャップ４２，１４２は好ましくは、カーボン・ブロック要素１２４の上端、適切な実施例においては、ファイバー・サブアセンブリ１３０の上端を受け入れるように構成される。図２および３に明示するように、上端キャップ４２，１４２は、複数個の円周に位置し間隔をおいた流れチャンネル４６，１４６を有する垂下外側フランジ４４，１４４を有する。加えて、上端キャップ４２，１４２は、コア・チューブ３４，１３４の上部分３４ａ、１３４ａを密閉状に受け入れる内孔４８ａ、１４８ａを有する段付き首部４８，１４８を含む。
【００４０】
首部４８，１４８の外部は、一般に出口チューブ１８，１１８のまわりに位置決めされ、水溜め１２，１１２の内室２０，１２０の上端から下方に突出する、（図４に示す）環状受け入れカラー１５２と密閉係合するようにまわりに位置決めされ、寸法にされ構成される環状密閉リング５０，１５０を担持する。水溜め１２，１１２の受け入れカラー１５２内の上端キャップ４２，１４２の首部４８，１４８の密閉係合により、フィルター・アセンブリ２２，１２２の中空ファイバー・サブアセンブリ１３０と水溜め１２，１１２の中央出口チューブ１８，１１８との連通を容易にする。首部４８，１４８の外部はさらに、受け入れカラー１５２により首部４８，１４８の係合をさらに容易にするため密閉リング５０，１５０の下に位置しそこから間隔をおいた段付き部４８ｂ、１４８ｂを含む。
【００４１】
図２，３および図４の参照を続けると、本開示の例示的実施例において、下端キャップ４０，１４０は、フィルター・アセンブリ２２，１２２の底端と作動的に関連する。好ましくは、下端キャップ４０，１４０は、カーボン・ブロック要素１２４の下端を受け入れるように構成され、また水溜め１２，１２２内のフィルター・アセンブリ２２，１２２を支持するように構成される。本発明の好ましい実施例によれば、下端キャップ４０，１４０は、水溜め１２，１２２の内室２０，１２０の壁に係合する複数個の円周方向に配設され外方に広がる指６０，１６０を含む。
【００４２】
封入フィルター・カートリッジ１１０を介し濾液の流れ方向を示す一組の矢印を有する、特に図４を参照すると、作動時、非濾過媒体は、入口チューブ１１６を介し水溜め１１２の内室１２０の上域１２０ａに進入する。本発明の例示的実施例において、非濾過媒体はついで、上端キャップ１４２の出口フランジ１４４に形成された円周方向位置し間隔をおいたチャネル１４６（図３参照）を介し伝搬し、さらに水溜め１１２の内室１２０の下部に入る。プレフィルター１２５を含む本発明の実施例において、非濾過媒体は、まず、プレフィルター１２５を通過し、ついでカーボン・ブロック要素１２４を介し半径方向内方に伝搬する。例示的実施例において、媒体は、ついで、ライナー・チューブ１２８の孔を通過し、そしてファイバー・サブアセンブリ１３０の中空ファイバー１３２に入る前にコア・チューブ１３４の孔を通過する。ライナー・チューブ１２８またはコア・チューブ１３４を含まない実施例において、カーボン・ブロック要素１２４を出る媒体は、ついで、中空ファイバー・サブアセンブリ１３０の中空ファイバー１３２に進入する。上方向に中空ファイバー・サブアセンブリ１３０を横断後、濾過媒体は、出口チューブ１１８を介してフィルター・カートリッジ１１０の水溜め１２０の内室を出る。
【００４３】
上記のように本開示に従って構成された封入フィルター・カートリッジ１１０は、従来以上に種々の利益を有する。これら利益のなかには、クロージャー・キャップ１１４により水溜め１２０内のフィルター・アセンブリ１２２の永久的封入による製造の容易さの増大および優れた性能特性がある。フィルター・カートリッジ１１０は、フィルター・アセンブリ１２２を交換するため開放する必要がなく、ユニットとして除去処分される。この特長により、フィルター・アセンブリ１２２から漂遊粒子により包囲区域の汚れの回避を助け、フィルター・カートリッジ１１０の気密または液密作動を促進し、フィルター・アセンブリ１２２での汚れの無い作動を容易にする。
【００４４】
図５および図７に示す本開示の他の例示的実施例によれば、フィルター・アセンブリ２２２は、カーボン・ブロック要素２２４の外周のまわりに配設される、この実施例では一般に円形ひだ付きフィルター要素２７０である、微孔性フィルター要素を含む。本開示の適切な実施例への使用に適するフィルター・アセンブリ２２２は、開示をここに文献として組み入れる、本願と同日に出願された“カーボン・ブロックとひだ付きフィルター要素とを利用するフィルター・アセンブリ”なる名称の米国特許出願第〔欠落〕号明細書に記載されている。
【００４５】
ひだ付きフィルター要素２７０は、膜構成体２７２を含む。膜構成体２７２の一部としての使用に適する材料は、セルローズ・アセテート（ＣＡ）、ポリスルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳＵ）、ポリアミド（ＰＡ），ポリビニリデン・フルオライド（ＰＶＤＦ），ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ），ポリプロピレン（ＰＰ）およびナイロン等有孔ボイドを有する多様な高分子材料を含む。膜構成体２７２に含まれる材料の平均孔サイズは一般に、用途の特別な要求に依り、約０．０５から約５ミクロンの範囲である。膜構成体２７２の厚みは一般に、約１３０から約３００ミクロンの範囲であるが、ひだ付き要素２７０の厚みはかなり大きい。本開示が、螺旋ひだ付き膜構成体、半径方向ひだ付き膜構成体、直非半径方向ひだ付き膜構成体、中央軸線に垂直に配向した、ひだを有する膜構成体、Ｗ形状多ひだ構成体、（半径方向または螺旋）、変型Ｗ形状多ひだ構成体および、任意数および／またはそれらの組み合わせを、包含することは当業者により理解されよう。
【００４６】
膜構成体２７２は,所望の厚みに頂上に互いに配設された同じまたは異なる媒体の単層または複数層を含む。膜構成体２７２はまた、異なる濾過特性を有する複数層を含む。好ましい実施例において、膜構成体２７２は勾配多孔性構造を有する。“ 勾配多孔性”とは、本開示の文脈において、膜構成体２７２の平均孔サイズが膜内への深さの関数として変化することを意味する。たとえば、膜構成体２７２は異なる平均孔サイズを有する離散帯または層を含む。
【００４７】
勾配多孔性構造を有する膜構成体２７２は、図示目的で広げた構成層を有するひだ付きフィルター要素の断面図を表す、図６に示されている。この実施例において、膜構成体２７２は、媒体３７１，３７２および３７３の隣接層を含み、下流層３７３は層３７１および３７２と同じまたは、それより小さい平均孔サイズを有する。本開示の好ましい実施例において、媒体層３７１と３７２は約０．６５ミクロンに定めた平均孔サイズを有し、媒体層３７３は約０．２ミクロンに定めた平均孔サイズを有する。
【００４８】
図６に示すように、ひだ付きフィルター要素２７０はまた、膜要素２７２の上流の排水層２７１と、膜要素２７２の下流の排水層２７３とを、または双方を含む。層２７１および２７３の一方または双方はまた、膜構成体２７２を支持する付加的機能を有し、同じまたは異なる構造および組成である。一方、ＰＳＵ，ＰＥＳＵ，ＰＶＤＦ，ＰＴＦＥ等いくつかの新しい高分子材料は、補強なしで単一または多層膜構成体２７２としてひだ付きされる。好ましくは、層２７１と２７３は、膜構成体２７２から分離した別層であり、メッシュ、スクリーン、または比較的粗い孔を持つ織り、または不織シート状である。より好ましくは、上流層２７１は、スパン結合ポリプロピレン・ファイバーの可撓シートを含み、下流層２７３は、プラスチック・ネットを含む。当業者に周知の他の適当な材料および構成も、濾過される媒体、濾液の温度、その他関連要因により、膜構成体２７２および支持層２７１，２７３を製造するのに使用できる。
【００４９】
ひだ付きフィルター要素２７０はさらに、膜構成体２７２および排水層２７１，２７３以外の構成部品を含む。たとえば、クッション層２７５（または複数層）は、膜構成体２７２と排水層２７１，２７３の一つまたは両方との間に置かれる。このようなクッション層または複数層２７５は、フィルターが設置されるシステムの流体の圧力および（または）温度の変動に応答してフィルター媒体が膨張および収縮するとき、排水層２７１，２７３との面接触よる膜構成体２７２の摩耗を防ぐためひだ付きフィルター要素２７０に含まれる。クッション層または複数層２７５は、好ましくは、排水層２７１，２７３よりも平滑で膜構成体２７２の媒体よりも摩耗に対し高い抵抗を有する材料により製造される。
【００５０】
開示の例示的実施例によるフィルター・アセンブリ２２２はまた、ひだ付きフィルター要素２７０の外周を包囲する、当業者に周知の適当な材料で作られる、プレフィルター２２５を含む。プレフィルター２２５は、図３および５を参照して記載されたプレフィルター１２５または、匹敵する、または同等な機能を示す構成体を作成するのに適する材料でつくられる。好ましくは、プレフィルター２２５は、不織りポリプロピレン（たとえば、メルト・ブロン）または不織りポリエステルで作られる。プレフィルター２２５に加え、フィルター・アセンブリ２２２は、プレフィルター２２５のまわりに配設され、ひだ付きフィルター要素２７０のまわりにプレフィルター２２５を固定する保護ネッテイング２２７を含む。保護ネッテイング２２７は適当な高分子材料またはその他の材料で作られる。高温用途では、金属メッシュまたはスクリーンが使用される。
【００５１】
図２，５および図７を参照すると、上端キャップ４２，２４２は、フィルター・アセンブリ２２，２２２の上端と作動的に関連する。図２，５および７に示すように、上端キャップ４２，２４２は、好ましくは、カーボン・ブロック要素の上端とひだ付きフィルター要素２７０の上端とを受け入れるように構成される。上端キャップ４２，２４２は、複数個の円周方向に位置し間隔をおいた流体の流れチャンネル４６，２４６を形成した垂下外側フランジ４４，２４４を含む。加えて、上端キャップは段付き首部４８，２４８を含む。
【００５２】
首部４８，２４８の外部は、一般に出口チューブ１８，２１８のまわりに位置決めされ、水溜め１２，２１２の内室２０，２２０の上端から下方に突出する、（図７に示す）環状受け入れカラー２５２と密閉係合するようにまわりに位置決めされ、寸法にされ構成される環状密閉リング５０，２５０を担持する。水溜め１２，２１２の受け入れカラー２５２内の上端キャップ４２，２４２の首部４８，２４８の密閉係合により、カーボン・ブロック要素２４，２２４の軸方向キャビテイ２０，２２０と水溜め１２，２１２の中央出口チューブ１８，２１８との流体連通を容易にする。首部４８，２４８の外部はさらに、受け入れカラー２５２により首部４８，２４８の密閉係合を容易にするため密閉リング５０，２５０の下に位置しそこから間隔をおいた段付き部４８ｂ、２４８ｂを含む。図５と図７に示す本開示の実施例において、フィルター・アセンブリ２２２はまた、軸方向孔３３６を貫通しカーボン・ブロック要素２２４の上端と、また上端キャップ２４２と作動的に関連するアダプター２３９を含み、カーボン・ブロック要素２２４の軸方向キャビテイ２２６と水溜め２１２の出口チューブ２１８との流体連通をさらに容易にする。好ましくは、アダプター２３９は、カーボン・ブロック要素２２４の軸方向キャビテイ２２６内に嵌合するよう構成された第一円筒形部分３３４と、フランジ３３２と、上端キャップ２４２内に嵌合するよう構成された第一円筒形部分３３０とを有する。
【００５３】
アダプター２３９に代わるアダプターが、本開示により構成された封入フィルター・カートリッジ４１０の横断面の関係部分を示す図７Ａに示されている。封入フィルター・カートリッジ４１０は、受け入れカラー４５２を含む水溜め４１２を有し、水溜め４１２の内室４２０内にフィルター・アセンブリ４２２を収容するように構成される。フィルター・アセンブリ４２２はさらに、フィルター・アセンブリ４２２の上端と作動的に関連し首部４４８とアダプター部４３９とを有する上端キャップ４４２を含む。図７Ａに示す例示的実施例において、アダプター部４３９は上端キャップ４４２の一体部分である。
【００５４】
図２，５および図７を続けて参照すると、本開示の適切な実施例において、下端キャップ４０，２４０はフィルター・アセンブリ２２２の底端と作動的に関連する。好ましくは、本開示の実施例において、下端キャップ４０，２４０は、カーボン・ブロック要素２２４の下端とひだ付き要素２７０の下端とを受け入れるように構成され、またフィルター・アセンブリ２２２を水溜め２１２内に支持するようにされ構成される。本開示の好ましい実施例によれば、下端キャップ４０，２４０は、水溜め１２，２１２の内室２０，２２０の壁に係合する複数個の円周方向に配設され外方に広がる指６０，２６０を含む。
【００５５】
封入フィルター・カートリッジ２１０を介し濾液の流れ方向を示す一組の矢印を有する、図７を特に参照すると、作動時、非濾過媒体は、入口チューブ２１６を介し水溜め２１２の内室２２０の上部域２２０ａに進入する。本開示の適切な実施例において、非濾過媒体はついで、上端キャップ２４２の外側フランジ２４４に形成される円周方向に位置し間隔をおいた流れチャンネル２４６（図５参照）を介し伝搬し、さらに水溜め２１２の内室２２０の下部に入る。プレフィルター２２５を含む本開示の実施例において、非濾過媒体は、まず、ひだ付きフィルター要素２７０に入る前にプレフィルターを介し伝搬する。ひだ付きフィルター要素２７０の構成部分を通過すると、流体はカーボン・ブロック要素２２４を介し半径方向内方に伝搬し、軸方向キャビテイ２２５に入る。上方向にカーボン・ブロック要素２２４の軸方向キャビテイ２２６を介し、そして、適切な実施例では、アダプター２３９の軸方向孔３３６を介し、または端キャップ４４２のアダプター部分４３９（図７Ａ参照）を介し移動後、濾過媒体は出口チューブ２１８を介しフィルター・カートリッジ２１０の内部を出る。
【００５６】
上記のように本開示により構成された封入フィルター・カートリッジ２１０はまた、従来より勝る種々の利益を有する。それら利益の中には、クロージャー・キャップ２１４により水溜め２１２内へのフィルター・アセンブリ２２２の永久封入による製造の容易さの増大および優れた性能特徴がある。フィルター・カートリッジ２１０はフィルター・アセンブリ２２２を交換するために開放する必要がなく、ユニットとして除去し処分される。この特長は、フィルター・アセンブリ２２２から漂遊粒子により包囲区域の汚れの回避を助け、フィルター・カートリッジ２１０の気密または液密作動を促進し、フィルター・アセンブリ２２２の汚れなし作動を容易にする。
【００５７】
カーボン・ブロック・フィルター２２４要素の上流に配設されるひだ付き要素２７０を有するフィルター・アセンブリ２２２の利益の中には、微生物が潜在的に成長し、フィルター・カートリッジに数倍に増殖して移住さえもする、カーボン・ブロック・フィルター要素２２４に進入する前に微生物を保持する能力がある。加えて、この実施例ではカーボン・ブロック・フィルター要素２２４はひだ付き要素２７０の下流に位置しているため、たとえば、微生物の存在により、ひだ付き要素２７０に発生する望ましくない悪臭または味は後でカーボン・ブロック・フィルター要素２２４により除去される。
【００５８】
図８は、本開示の代替実施例により構成され一般に符号５１０で示す使い捨て可能封入フィルター・カートリッジを示す。図８に示すように、ィルター・カートリッジ５１０は、フィルター・アセンブリ５２２を支持するように構成された内室５２０を有する水溜め５１２と、水溜め５１２の内室５２０内に永久的に包囲するその底端のクロージャー・キャップ５１４とを含む。クロージャー・キャップ５１４は、好ましくは、水溜め５１２の底端にスパン溶接される。クロージャー・キャップ５１４を水溜め５１２の底端に接合させる他の方法は、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接、オーバモールデングおよび機械的固定手段を含む。
【００５９】
図８を続いて参照すると、通路５８８を貫通させ、水溜め５１２の内室５２０内に濾液を入れる入口５１６と、水溜め５１２の頂部の内室５２０から濾液を出す出口５１８とを有する細長頂部５９８を含む。入口５１６は、通路５８８と連通する、図８に示すように、細長頂部５９８の半径方向外面の開口である。通路５８８は、入口５１６と水溜め５１２の内室５２０間の連通を容易にするための別の流体の流れチャンネルを含む。
【００６０】
出口５１８は、細長頂部５９８の頂部に位置し、一般に水溜め５１２の中央軸線と並べられる。入口５１６と出口５１８は、好ましくは、密濾過機器等機器の適切な孔またはモジュールと合うようにされ構成される。それに代え、入口５１６と出口５１８は、アダプターと合うようにされ構成され、一方アダプターは機器と合うようにされ構成される。
【００６１】
水溜め５１２の細長頂部５９８は、当業者により理解されるように、段付き部５９８ａと５９８ｂを有し、また、入口５１６の上方に位置する段部５９８ａのまわりに配設される密封リング５１７と、入口５１６の下方に位置する段部５９８ｂのまわりに配設される密封リング５１５とを担持して、構成される機器の適切部分と、またはアダプターの適切部分との細長頂部５９８の密封係合を容易にする。
【００６２】
図５および図７に示す本開示の例示的実施例と同様に、封入フィルター・カートリッジ５１０のフィルター・アセンブリ５２２は、カーボン・ブロック要素５２４の外周のまわりに配設される、この実施例では一般に円筒形ひだ付きフィルター要素５７０である、微孔性フィルター要素を含む。この例示的実施例のカーボン・ブロック要素５２４とひだ付きフィルター要素５７０は共に、実質的に本開示の他の実施例を参照して詳細に記載されている。加えて、フィルター・アセンブリ５２２は、他の例示的実施例を参照して上述された要素の数および（または）組み合わせを含む。
【００６３】
図８を続いて参照すると、上端キャップ５４２は、フィルター・アセンブリ５２２の上端と作動的に関連している。好ましくは、上端キャップ５４２は、カーボン・ブロック要素５２４の上端と、ひだ付きフィルター要素５７０の上端とを受け入れるように構成される。上端キャップ５４２には、複数個の円周方向に位置し間隔をおいた流体の流れチャンネル（図２，３および図５に示す要素４６，１４６および２４６参照）を形成した垂下外側フランジ５４４を含む。加えて、上端キャップ５４２は、段部５４８ｂと軸方向通路５４８ａを貫通した段付き首部５４８を含む。段付き首部５４８は、水溜め５１２の細長頂部５９８の通路５８８内に収容され、かつ非濾過媒体を入口５１６に進入させて水溜め５１２の内室５２０の下方域内を通りフィルター・アセンブリ５５２の半径方向外面と連通するように構成される。首部５４８の外部は、そのまわりで段部５４８ｂの上方に位置し水溜め５１２の細長頂部５９８の通路５８８内に密封係合するような寸法にされ構成される、環状密閉リング５５０担持する。
【００６４】
本開示の適切な実施例において、下端キャップ５４０は、フィルター・アセンブリ５２２の下端と作動的に関連している。好ましくは、本開示のこの実施例において、下端キャップ５４０は、カーボン・ブロック要素５２４の下端と、ひだ付き要素の下端とを受け入れるように構成され、またフィルター・アセンブリ５２２を水溜め５１２内に支持するようにされ構成される。好ましくは、下端キャップ５４０は、図２，３および５に示され上記で詳述された例示的実施例の下端キャップと同様な構成を有する。
【００６５】
封入フィルター・カートリッジ５１０を介する濾液流れの方向を示す一組の矢印を有する、図８をさらに参照すると、作動時、非濾過媒体は、水溜め５１２の細長頂部５９８を介し通路５８８の内面と段付き首部５４８の外面との間の区域に進入する。本開示の適切な実施例において、非濾過媒体はついで上端キャップ５４２の外側フランジ５４４に形成された円周方向に位置し間隔をおいた流れチャンネルを介し伝搬し、さらに水溜め５１２の内室５２０の下部に進入する。
【００６６】
非濾過媒体はついで、フィルター・アセンブリ５２２の半径方向外面に進入し、カーボン・ブロック・フィルター要素５２４の軸方向キャビテイ５２６内に半径方向内方に伝搬する。上方向にカーボン・ブロック・フィルター要素５２４の軸方向キャビテイ５２６に沿って、適切な実施例においては、端キャップ５４２の軸方向通路５４８ａを介し通行後、濾過媒体は出口５１８を介しフィルター・カートリッジ５１０の内部を出る。
【００６７】
図９は、本開示の他の代替え実施例により構成され一般に符号６１０で示される使い捨て可能封入フィルター・カートリッジを示す。図９に示すように、フィルター・カートリッジ６１０は、フィルター・アセンブリ６２２を支持するよう構成された内室６２０を有する水溜め６１２と、その底端でフィルター・アセンブリ６２２を水溜め６１２内に永久的に包囲するクロージャー・キャップ６１４とを含む。クロージャー・キャップ６１４は、好ましくは、水溜め６１２の底端にスパン溶接される。クロージャー・キャップ６１４を水溜め６１２の底端に接合する他の方法として、超音波溶接、熱板溶接、誘導溶接およびオーバモールデングを含む。
【００６８】
図９を続けて参照すると、水溜め６１２は、環状フランジ６９６ｂとそこを貫通する軸方向通路６９ａとを有し、水溜め６１２の内室６２０に濾液が入る入口６１６を有する細長頂部６９６を含む。例示的実施例によれば、クロージャー・キャップ６１４は、環状フランジ６９８ｂとそこを貫通する軸方向通路６９８ａとを有する細長部６９８を含む。内室６２０から濾過媒体を出す出口６１８はクロージャー・キャップ６１４の細長部６９８の底端に位置決めされる。入口６１６と出口６１８は一般に水溜め６１２の中央軸線と並置される。入口６１６はフィルター・アセンブリ６２２の半径方向外面と連通し、一方出口６１８はカーボン・ブロック要素６２４の軸方向キャビテイ６２６と連通している。入口６１６と出口６１８は好ましくは、水濾過機器等機器の適切な孔またはモジュールと合うようにされ構成される。
【００６９】
前記の実施例と同様に、封入フィルター・カートリッジ６１０のフィルター・アセンブリ６２２は、カーボン・ブロック要素６２４の外周のまわりに配設され、この実施例では一般に円筒形ひだ付きフィルター要素６７０である、微孔性フィルター要素を含む。この例示的実施例のカーボン・ブロック要素６２４とひだ付きフィルター要素６７０は共に、本開示の他の実施例を参照して実質的に上記に詳述された通りである。加えて、フィルター・アセンブリ６２２は、他の例示的実施例を参照して上記した要素の数および（または）組み合わせを含む。
【００７０】
図９を続けて参照すると、上端キャップ６４２は、フィルター・アセンブリ６２２の上端と作動的に関連している。好ましくは、上端キャップ６４２は、濾液がフィルター・アセンブリの頂面に進入しないように、カーボン・ブロック要素６２４の上端と、ひだ付きフィルター要素６７０の上端とを受け入れ密封包囲するように構成される。
【００７１】
本開示の適切な実施例において、下端キャップ６４０は、フィルター・アセンブリ６２２の底端と作動的に関連している。下端キャップ６４０は、それを通る軸方向通路６４０ａと一般に円筒形部分とを有し、好ましくは、クロージャー・キャップ６１４に固定されるように構成される。下端キャップ６４０は、好ましくは、カーボン・ブロック要素６２４の下端と、ひだ付きフィルター要素６７０の下端とを受け入れるように構成され、クロージャー・キャップ６１４に密封固定されて、非濾過媒体が、出口６１８への軸方向通路６４０ａを通過する濾過媒体の流れに進入しないようにする。円筒形部分６４０ａをクロージャー・キャップ６１４に密封固定する方法として、Ｏリングの使用、溶接、および当業者に周知の他の構造および方法がある。
【００７２】
任意に、水溜め６１２は、濾過工程の開始にあたり、水溜め６１２の内室６２０から空気を換気するベント７２０を含む。ベント７２０は、ベント７２０を選択的に開放するベント・キャップ７１４と、ベント・キャップ７１４を密封係合する密封リング７１２とを含む。同様な機能を果たすベント７２０の代わりに任意の構成体が使用されることは、当業者に理解されよう。
【００７３】
さらに水溜め６１２は、フィルター・カートリッジの処分前に残留濾液の水溜め６１２の内室６２０を排水するドレイン７１０を任意に含む。ドレイン７１０は、ドレイン７１０を選択的に開放するドレイン・キャップ７１４と、ドレイン・キャップ７１４を密封係合する密封リング７１２とを含む。同様な機能を果たすドレイン７１０の代わりに任意の構成体が使用されることは、当業者に理解されよう。
【００７４】
封入フィルター・カートリッジ６１０を介する濾液の流れ方向を示す一組の矢印を有する、図９をさらに参照すると、作動時、非濾過媒体は、軸方向通路６９６ａを介し水溜め６１２の内室６２０の上域６２０ａに進入する。非濾過媒体は、ついで、フィルター・アセンブリ６２２の半径方向外面に進入し、カーボン・ブロック要素６２４の軸方向キャビテイ６２６内に半径方向内方に伝搬する。端キャップ６４０の軸方向通路６４０ａを介し、ついで軸方向通路６９８ａを介し、下方方向にカーボン・ブロック要素６２４の軸方向キャビテイ６２６に沿って移動後、濾過媒体は出口６１８を介しフィルター・カートリッジ６１０の内室６２０を出る。
【００７５】
上記のように本開示により構成される封入フィルター・カートリッジ５１０，６１０はまた、従来よりも勝る種々の利益を有する。それら利益の中には、クロージャー・キャップ５１４，６１４により水溜め５１２，６１２内へのフィルター・アセンブリ５２２，６２２の永久的封入により製造の容易さの増大と優れた性能特徴がある。フィルター・カートリッジ５１０，６１０は、フィルター・アセンブリ５２２，６２２を交換するために開放する必要がなく、ユニットとして除去処分される。この特長により、フィルター・アセンブリ５２２，６２２から漂遊粒子による包囲区域の汚れの回避を助け、フィルター・カートリッジ５１０，６１０気密または液密作動を促進し、フィルター・アセンブリ５２２，６２２の汚れなし作動を容易にする。
【００７６】
加えて、カーボン・ブロック・フィルター５２４，６２４要素の上流に配設されたひだ付き要素５７０．６７０を有するフィルター・アセンブリ５２２，６２２の利益の中には、微生物が成長し、フィルター・カートリッジに数倍に増殖して移住さえする、カーボン・ブロック要素に進入する前に微生物を保持する能力がある。加えて、この実施例ではカーボン・ブロック要素５２４，６２４はひだ付き要素５７０，６７０の下流に位置しているため、たとえば、微生物の存在により、ひだ付き要素５７０，６７０に発生する望ましくない悪臭または味はその後カーボン・ブロック要素５２４，６２４により除去される。
【００７７】
本開示により構成された封入フィルター・カートリッジ・アセンブリを特定の実施例について説明したが、当業者は、本発明の精神と範囲を逸脱しないで変更および変型がなされることを容易に感知する。たとえば、本開示により構成された封入フィルター・カートリッジは重力送り用途とともに加圧にも使用される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
本発明に係る通常の技術を有する者が本発明をどのように作成し使用するかをより容易に理解するため、その実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【図１Ａ】本開示の例示的実施例により構成された封入フィルター・カートリッジの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Aの封入フィルター・カートリッジの平面図である。
【図２】本開示の例示的実施例により構成された封入フィルター・カートリッジの分解斜視図である。
【図３】例示を容易にするため部品を分離した本開示のフィルター・アセンブリの例示的実施例の分解斜視図である。
【図４】図３に示すフィルター・アセンブリとともに、本開示による封入フィルター・カートリッジの例示的実施例の横断面図で、封入フィルター・カートリッジを介する流体の流れの方向は矢印で示されている。
【図５】例示を容易にするため部品を分離した本開示によるフィルター・アセンブリの他の例示的実施例の分解斜視図である。
【図６】本開示の例示的実施例に使用される、ひだ付きフィルター要素の拡大横断面図で、構成層は例示のため扇形に広げている。
【図７】図５に示すフィルター・アセンブリとともに、本開示による封入フィルター・カートリッジの例示的実施例の横断面図で、封入フィルター・カートリッジを介する流体の流れの方向は矢印で示されている。
【図７Ａ】本開示による封入フィルター・カートリッジの例示的実施例の横断面図の関連部分で、上端キャップの他の構造を示す。
【図８】本開示による封入フィルター・カートリッジの他の例示的実施例の横断面図で、フィルター・アセンブリはカーボン・ブロック・フィルター要素とひだ付きフィルター要素とを含み、封入フィルター・カートリッジを介する流体の流れの方向は矢印で示されている。
【図９】本開示による封入フィルター・カートリッジのさらに他の例示的実施例の横断面図で、フィルター・アセンブリはカーボン・ブロック・フィルター要素と、ひだ付きフィルター要素とを含み、封入フィルター・カートリッジを介する流体の流れの方向は矢印で示されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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】
2005523144.tif 000009
【図７Ａ】
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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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