(57)【要約】本発明は、連続洗浄可能な高性能濾過装置、及び該装置を使用する方法に向けられる。該装置は、半径方向流入式遠心濾過デバイスであり、該デバイスは、チャンバー内に配置され、かつチャンバーと境を接する隔壁の濾過流体出口に回転可能に連結されたフィルターエレメントを含む。該フィルターエレメントは、一般に管状で、その側壁を取り囲んでおり、したがって、内部プレナムを画定している。該フィルターエレメントの側壁は、フィルター媒体、好ましくは積層されたミクロポーラスメンブレンのフィルター媒体を組み込んでいる。フィルターエレメントは、それが回転するときに封止を維持できるシールによって濾過流体の出口で回転可能に連結されている。さらに、該デバイスは、中央開口を有する複数の積み重ねられた環状ディスクから作製され、各ディスクが所望のギャップによって隣のディスクから隔てられた境界層運動量移動デバイスを含むことができる。該中央開口は、フィルターエレメントが取り付けられるキャビティを画定している。
2005507763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバーと境を接しかつ濾過流体の出口を有する隔壁と、
該濾過流体の出口でシールによって該隔壁に回転可能に連結された該チャンバー内のフィルターエレメントとを含んで成る半径方向流入式遠心濾過デバイスであって、
該フィルターエレメントが、ミクロポーラスの延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンを含んで成り、及び
該フィルターエレメントへ半径方向に流れる粒子含有ガスから粒子を分離し、かつ該メンブレンから粒子を遠心的に排出するよう適合された、半径方向流入式遠心濾過デバイス。
【請求項２】
前記メンブレンが基材に積層された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記基材が、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレン材料、並びにそれらの組み合せを含んで成る、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記基材が、スパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、又はポリエチレンフェルト材料、及びそれらの組み合せの形態のポリエチレンを含んで成る、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記基材に積層された前記メンブレンが、少なくとも約２５ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約０．５のフレイジャー数を有する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項６】
前記基材に積層された前記メンブレンが、少なくとも約１００ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約３のフレイジャー数を有する、請求項２に記載のデバイス。
【請求項７】
前記シールが接触シールである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記シールが非接触シールである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが、少なくとも１つの充填材を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記充填材が、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、又はセラミックの粉末、及びそれらの組み合せを含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記充填材が、活性炭、カーボンブラック、及びポリマー樹脂の粉末、並びにそれらの組み合せを含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記フィルターエレメントが第２隔壁にさらに回転可能に連結され、前記隔壁間に配置された、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
チャンバーと境を接しかつ濾過流体の出口を有する隔壁と；
フィルター媒体を含み、かつ該濾過流体の出口でシールによって該隔壁に回転可能に連結された該チャンバー内のフィルターエレメントと；
中央開口を有する複数の積み重ねられた環状ディスクを含んで成り、各ディスクが、所望のギャップによって隣のディスクから隔てられた境界層運動量移動デバイスとを含んで成る半径方向流入式遠心濾過デバイスであって、
該中央開口が、該フィルターエレメントを取り付けるキャビティを画定し、及び
フィルターシステムへ半径方向に流れる粒子含有流体から粒子を分離し、かつ該フィルター媒体から粒子を遠心的に排出するよう適合された、半径方向流入式遠心濾過デバイス。
【請求項１４】
前記フィルター媒体が、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、又はそれらの組み合せを含んで成る、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記フィルター媒体が、スパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、ポリエチレンフェルト、又はそれらの組み合せの形態のポリエチレンを含んで成る、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記フィルター媒体が、基材に積層されたミクロポーラスメンブレンを含んで成る、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記ミクロポーラスメンブレンが、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンである、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記フィルター媒体が、フッ素化ポリマーのミクロポーラスメンブレンに積層されたポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレンの基材、及びそれらの組み合せを含んで成る、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記フィルター媒体が、ミクロポーラスメンブレンに積層されたスパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、又はポリエチレンフェルトの基材、及びそれらの組み合せの形態のポリエチレンを含んで成る、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記フィルター媒体が、少なくとも約２５ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約０．５のフレイジャー数を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記フィルター媒体が、少なくとも約１００ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約３のフレイジャー数を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記シールが接触シールである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記シールが非接触シールである、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが、少なくとも１つの充填材を含む、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記充填材が、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、又はセラミックの粉末、及びそれらの組み合せを含む、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記充填材が、活性炭、カーボンブラック、及びポリマー樹脂の粉末、並びにそれらの組み合せを含む、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項２７】
前記フィルターエレメントが第２隔壁に回転可能に連結され、前記隔壁間に配置された、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項２８】
チャンバーと境を接しかつ濾過流体の出口を有する隔壁と、
該濾過流体の出口でシールによって該隔壁に回転可能に連結された該チャンバー内のフィルターエレメントとを含んで成り、該フィルターエレメントが、ミクロポーラスの延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンを含むフィルター媒体を含んで成る、半径方向流入式遠心濾過デバイスを提供すること；
該チャンバーから該フィルター媒体を介し、該濾過流体の出口外部へ粒子含有ガスを流すこと；
該粒子含有ガスから粒子を該フィルター媒体上に収集すること；並びに
該フィルター媒体から粒子を排出するのに十分な速度で該フィルターエレメントを回転させることを含んで成る、ガスを濾過する方法。
【請求項２９】
前記メンブレンが基材に積層された、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記粒子含有ガスが、ポリテトラフルオロエチレンの湿潤液を含んで成るエーロゾルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記粒子含有ガスが、ポリテトラフルオロエチレンの非湿潤液を含んで成るエーロゾルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記粒子含有ガスが、液体及び固体物質の少なくとも１つを含んで成るエーロゾルである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
フィルターの基材が、ポリエステル、導電性ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、又はポリテトラフルオロエチレンの基材、及びそれらの組み合せを含んで成る、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記基材が、スパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、又はポリエチレンフェルトの基材、及びそれらの組み合せを含んで成る、請求項２９に記載の方法。
【請求項３５】
前記フィルター媒体が、少なくとも約２５ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約０．５のフレイジャー数を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３６】
前記フィルター媒体が、少なくとも約１００ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約３のフレイジャー数を有する、請求項２８に記載の方法。
【請求項３７】
前記シールが接触シールである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３８】
前記シールが非接触シールである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３９】
前記延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが、少なくとも１つの充填材を含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項４０】
前記充填材が、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、又はセラミックの粉末、及びそれらの組み合せを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記充填材が、活性炭、カーボンブラック、及びポリマー樹脂の粉末、並びにそれらの組み合せを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記フィルターエレメントが第２隔壁に回転可能に連結され、前記隔壁間に配置された、請求項２８に記載の方法。
【請求項４３】
チャンバーと境を接しかつ濾過流体の出口を有する隔壁と、
該濾過流体の出口でシールによって該隔壁に回転可能に連結され、フィルター媒体を含んで成る該チャンバー内のフィルターエレメントと、
中央開口を有する複数の積み重ねられた環状ディスクを含んで成り、各ディスクが、所望のギャップによって隣のディスクから隔てられた境界層運動量移動デバイスとを含んで成り、該中央開口が該フィルターエレメントを取り付けるキャビティを画定している、半径方向流入式遠心濾過デバイスを提供すること；
該チャンバーから該積み重ねられた環状ディスクの間に、該フィルター媒体を介して、該濾過流体の出口外部へ粒子含有流体を流すこと；
該粒子含有流体から粒子を該フィルター媒体上に収集すること；並びに
該フィルター媒体及び該境界層運動量移動デバイスから該粒子含有流体の粒子を排出するのに十分な速度で以って、該フィルターエレメント及び該境界層運動量移動デバイスを回転させることを含んで成る、流体を濾過する方法。
【請求項４４】
前記フィルター媒体が、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、又はそれらの組み合せを含んで成る、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記フィルター媒体が、スパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、ポリエチレンフェルト、又はそれらの組み合せの形態のポリエチレンを含んで成る、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記粒子含有流体が、フィルター媒体の湿潤液を含んで成るエーロゾルである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４７】
前記粒子含有流体が、フィルター媒体の非湿潤液を含んで成るエーロゾルである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４８】
前記粒子含有流体が、液体及び／又は固体物質を含んで成るエーロゾルである、請求項４３に記載の方法。
【請求項４９】
前記粒子含有流体が、懸濁した固体物質を含有する液体である、請求項４３に記載の方法。
【請求項５０】
前記フィルター基材が、ミクロポーラスメンブレンに積層されたポリエステル、導電性ポリエステル、ポリプロピレン、ポリアラミド、ガラス繊維、又はポリテトラフルオロエチレンの基材、及びそれらの組み合せを含んで成る、請求項４３に記載の方法。
【請求項５１】
前記フィルター媒体が、ミクロポーラスメンブレンに積層されたスパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、又はポリエチレンフェルトの基材、及びそれらの組み合せを含んで成る、請求項４３に記載の方法。
【請求項５２】
前記ミクロポーラスメンブレンが、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンである、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記ミクロポーラスメンブレンが、延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンである、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記フィルター媒体が、少なくとも約２５ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約０．５のフレイジャー数を有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５５】
前記フィルター媒体が、少なくとも約１００ｐｓｉのミューレン破裂強度、及び少なくとも約３のフレイジャー数を有する、請求項４３に記載の方法。
【請求項５６】
前記シールが接触シールである、請求項４３に記載の方法。
【請求項５７】
前記シールが非接触シールである、請求項４３に記載の方法。
【請求項５８】
前記延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが、少なくとも１つの充填材を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５９】
前記延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレンが、少なくとも１つの充填材を含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項６０】
前記充填材が、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、又はセラミックの粉末、及びそれらの組み合せを含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記充填材が、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、又はセラミックの粉末、及びそれらの組み合せを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６２】
前記充填材が、活性炭、カーボンブラック、及びポリマー樹脂の粉末、並びにそれらの組み合せを含む、請求項６０に記載の方法。
【請求項６３】
前記充填材が、活性炭、カーボンブラック、及びポリマー樹脂の粉末、並びにそれらの組み合せを含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
前記フィルターエレメントが第２隔壁に回転可能に連結され、前記隔壁間に配置された、請求項４３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心濾過デバイスを用いて流体から微粒子を分離する方法及び装置に関する。より具体的に本発明は、ミクロポーラスな濾過材を利用した連続洗浄可能な高効率回転式濾過デバイスを用いて、液体又はガスであることができる流体から液体又は固体粒子を除去するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流れから微粒子を除去することは、さまざまな産業の分野で長い間実施されている。流体の流れから微粒子を濾過するシステムには、バリヤー及びバリヤーのない慣性濾過デバイスがある。バリヤー濾過デバイスは、フィルターバッグ、フィルターチューブ、フィルターカートリッジ、及びフィルターパネルの形態の多孔質媒体を含むことができ、一方で、バリヤーのないデバイスは、静電集塵器、並びに回転ディスクセパレータ、サイクロン及びベンチュリスクラバーなどの慣性濾過デバイスを含むことができる。
【０００３】
バリヤーのない慣性デバイスは、流体が層を通過する際、バリヤー層に依存しないで流体中の粒子を阻止及び捕獲することで、バリヤー濾過デバイスよりもいくつかの利点を提供する。バリヤーのない慣性デバイスの１つのタイプ、サイクロンセパレータにおいては、ダスト含有ガス又は粒子含有液体などの汚染流体が、逆円筒形チャンバーの上部付近で接線方向に入る。サイクロン下方の円錐区画の曲線状テーパー壁は、入ってくる流体に渦運動を与え、流体中のより高密度な粒子が、遠心力の影響下でサイクロン壁の方へ移動される。この粒子が、続いて円錐体の先端付近のサイクロン出口へらせん降下し、一方で、分離された流体がサイクロン上部の中央位置から排出される。サイクロンは、粒子が約５μｍよりも大きい直径である場合、ガスから粒子を除去するのに一般に好適であり、周期的な洗浄又は取り替えが必要なフィルターエレメントを含有しない。さらに、多重サイクロンシステムにおいては、約３μｍ直径以上の粒子を除去することについて、８０％〜８５％の効率を達成できる。
【０００４】
別のバリヤーのない慣性デバイスは、米国特許第２，５６９，５６７号明細書に記載されているような回転ディスクセパレータである。回転ディスクセパレータの更なる改良が、米国特許第５，７４６，７８９号明細書において具現化されている。このタイプのセパレータは、ハウジング中に回転可能に取り付けられ、かつその中空中心が中央プレナムを画定するよう同心で積み重ねられた複数の環状ディスクを含んで成る。スペーサーがディスク間のギャップをしっかりと調整する。プレナムの一方の端部はキャップで封止され、もう一方の端部は開放したままであり、濾過流体の出口としての役目を果たす。ディスクが回転すると、粒子含有流体が入口を介してハウジングに入り、回転ディスク間のギャップを通ってプレナムに流れる。ディスクの回転は、粒子含有流体がプレナムの中へ及びプレナムの方へ流れる際、回転の速度成分をディスク付近の粒子含有流体層に与えることにより境界層を作り出す。この境界層流体はまた、その中に伴われる粒子に回転速度を与え、それによってこの粒子は遠心力を受ける。適切な条件下において、いくつかの粒子が受ける遠心力は、プレナムへの流体流によって生じる粒子の抵抗力よりも大きい場合がある。これらの粒子は、回転ディスクデバイスから外部へ排出される。そうして排出される粒子のない流体がプレナムに流れ、プレナム出口から流出する。回転ディスクセパレータは、周期的な洗浄及び取り替えの必要なフィルターエレメントを含有しない。これらの遠心フィルターは、小規模ではサブミクロン粒子の除去能力を実証したが、実際に、多くの産業用途において普通のより大きな体積流量に関しては、約２μｍよりも小さい粒子を除去することは、より高い回転速度と圧力降下が必要とされるために典型的により困難である。したがって、バリヤーのない慣性デバイスを用いた直径約２μｍ未満の粒子を高い割合で含有する流体の粒子濾過は、実際的でないままである。
【０００５】
直径約２μｍ未満の粒子を除去するのに好適な高効率バリヤータイプの濾過デバイスが公知である。バリヤー層のデバイスにおいては、バリヤー層は、粒子含有流体流が向けられるフィルターエレメントに成形された濾過媒体を含んで成る。時間が経つにつれて、濾過粒子がフィルターエレメントの表面上に又はその深さを通して蓄積するので、フィルターエレメントの性能が低下する場合がある。液体であろうとガスであろうと、流体の流れは、エレメントを横切って圧力差又は圧力降下を生じさせる。圧力差は、流体を濾過するのに必要な電力を最小限に抑えるために、所与の流体流量について可能な限り小さいことが好ましい。これら従来の技術の多くにおいて、濾過効率は、濾過粒子がフィルターエレメント上に蓄積するにつれて向上する。しかしながら、粒子がエレメントの中又はその上に蓄積するにつれて、圧力差が大きくなる場合があるか、若しくはエレメントを通る流体の流量が低下する場合があるか、又はその両方の場合がある。それゆえ、ある量の微粒子材料が蓄積した後、又は許容できる圧力差若しくは流量低下の限界に達したときには、フィルターエレメントは取り除かれるか又は洗浄される。
【０００６】
周期的なエレメントの取り替え及び洗浄は、これらシステムの濾過性能の低下を最小限に抑えるのに一般に必要とされる。このメンテナンスを完了させるために産業プロセスを停止するコストを特に考慮した場合には、フィルターエレメントの取り替え及び洗浄は、都合が悪くかつ費用がかかる場合がある。加えて、フィルターを洗浄することによって生じる応力の結果として、フィルターエレメントが機械的に故障し、したがって濾過性能の損失をもたらす場合がある。
【０００７】
フィルターエレメントは、例えば、ポリエステル、ポリプロピレン、アラミド、ガラス、及びフルオロポリマーを含む様々な材料から作製されるフェルト及び織物などの濾過材又は媒体から典型的に作られる。使用される材料タイプの選択は、典型的には、フィルターエレメントが接触する流体流、システムの操作条件、及び濾過される微粒子のタイプに基づいている。
【０００８】
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）は、多くの分野で有用性を実証されている。濾過材などの産業材料として、例えば、ＰＴＦＥは、多くの従来の金属及びポリマー材料を通常劣化させる厳しい化学環境において優れた有用性を示した。延伸膨張ＰＴＦＥ（“ｅＰＴＦＥ”）メンブレン濾過媒体が、通常のフィルターエレメント上に表面積層体として組み込まれた場合に、粒子濾過の分野において相当な発達が達成された。１つの例は、移動ガス又は空気の流れからダスト粒子を除去するフィルターカートリッジに向けられた、米国特許第４，８７８，９３０号明細書において説明されている。カートリッジに好ましいフィルター材料は、多孔質の延伸膨張ポリテトラフルオロエチレンメンブレン層を含有するフェルト又は織物の複合体である。
【０００９】
ｅＰＴＦＥメンブレンの使用でフィルターエレメントの性能が大いに向上した。なぜなら、粒子は、ｅＰＴＦＥ層がない場合に生じるようなエレメントの深い所よりはむしろｅＰＴＦＥの表面上に集まるからである。いくつかの重要な利点がこれらのフィルターエレメントに関して観測された。例えば、エレメントの濾過効率は、濾過プロセスの最初から直ちに高く、高い効率を達成するために、粒子のケークを発達させることが必要でなかった。
【００１０】
洗浄可能なｅＰＴＦＥ濾過媒体の優れた性能及び高い濾過効率にも関わらず、フィルターエレメントの洗浄には問題が残っている。洗浄方法は、これらメンテナンスのための運転停止を最小限に抑えるよう開発されてきたが、濾過システムは、フィルターを取り外して整備するのにしばしば停止されなければならない。例えば、フィルターエレメントの表面から蓄積材料を除去するために、濾過流体を一時的に逆に流すパルスジェット洗浄は、濾過システムを停止することなく、その位置でフィルターエレメントを洗浄するのに使用されてきた。しかしながら、流体の逆流に耐えることができない特定の設備においては、バックパルス又はパルスジェット洗浄は、フィルターエレメントを洗浄するのに使用することができない。
【００１１】
回転又は遠心フィルターの使用など、フィルター処理の他の方法は、関連した問題を有する。高効率のフィルター媒体を用いる公知の遠心フィルターは、１段式の濾過システムでは十分に作用しないことがしばしばである。なぜなら、これらのフィルターは、すぐに汚れる場合があるからである。高効率のフィルター媒体は、粒子が特定のサイズ未満である流体流中において、高い割合の粒子を除去するよう設計されている。それゆえ、これらのフィルターは、容易に詰まりかつ大きな毛管力を発達させて細孔に流れる液体を捕獲することができる非常に小さな細孔を含有する材料から典型的に作製される。高濾過効率に加えて、許容できる流体の透過性を達成するために、高効率フィルターで使用されるフィルター媒体は、典型的に薄くかつ壊れやすく、媒体を清浄な状態に保つのに必要とされる遠心力に耐えることができない。さらには、補強のため基材に積層する場合、透過性は、許容できないレベルまで低下する場合がある。他の濾過システムの上流又は下流で使用される場合、これら回転フィルターの費用及び増した圧力損失によって、その使用から得ることのできる濾過性能の利点が相殺されてしまうことがある。
【００１２】
加えて、現在まで、ｅＰＴＦＥの濾過媒体は、いくつかの適用に好適でないことが見出されている。いくつかの適用での高効率にも関わらず、ｅＰＴＦＥの濾過媒体は、伴出されるＰＴＦＥ湿潤流体を含有するガスを濾過するのに好適でないと考えられている。ＰＴＦＥは疎水性であり、したがって水をはじく。しかしながら、特定の液体、特に油性の液体はｅＰＴＦＥの表面を濡らす傾向がある。加えて、拡張した使用によりＰＴＦＥの表面エネルギーが変化する場合があり、初め非湿潤性の流体が、最終的にＰＴＦＥ表面を濡らすことがある。濾過中に、これらの湿潤液が、ｅＰＴＦＥ濾過媒体の小さな細孔に流れ、そこに残り、強い毛管力によって保持される場合がある。これらの毛管力は細孔サイズに反比例している。したがって、より小さな細孔サイズによって、より大きな毛管力が作り出される。濾過を継続するにつれて、湿潤液がｅＰＴＦＥの細孔を塞ぎ、結果として濾過媒体の透過性が低下し、フィルターを横切る圧力降下が増大する。徹底的な洗浄を用いてさえ、塞がれたフィルターエレメントは、その完全な濾過性能を回復させることはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ほとんどの産業用途において、バリヤーのない慣性濾過デバイスは、単独ではこれら上記の問題を経済的に完全に解決することはできない。上で説明したように、直径約２μｍ未満の粒子を除去することは、多孔質のフィルター媒体を使用しないバリヤーのない慣性デバイスを用いては実施可能でない場合がある。加えて、ミクロポーラスな濾過媒体を含有するバリヤー濾過デバイスは、詰まりやすくかつ塞がりやすい。したがって、高効率の連続洗浄可能な濾過デバイスが依然として必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、連続洗浄可能な高性能濾過装置、及び該装置を使用する方法に向けられる。該装置は、半径方向流入式遠心濾過デバイスであり、該デバイスは、チャンバーと境を接する隔壁を含んで成り、該隔壁は濾過流体の出口を有する。該デバイスは、チャンバー内に配置され、かつ濾過流体の出口でシールによって第１隔壁に回転可能に連結されたフィルターエレメントをさらに含んで成る。本発明のフィルターエレメントは、一般に管状で、その側壁を取り囲んでおり、したがって、内部プレナムを画定している。該フィルターエレメントの側壁は、フィルター媒体、最も好ましくは積層されたミクロポーラスメンブレンのフィルター媒体を組み込んでいる。
【００１５】
さらに、半径方向流入式遠心濾過デバイスはまた、向流の境界層運動量移動デバイスを含むこともできる。本発明の境界層運動量移動デバイスは、中央開口を有する複数の積み重ねられた環状ディスクを含んで成り、各ディスクは所望のギャップによって隣のディスクから隔てられており、該中央開口は、フィルターエレメントが取り付けられるキャビティを画定している。
【００１６】
半径方向流入式遠心デバイスは、流体を濾過するのに使用できる。該デバイスを使用するための方法は、粒子含有流体をチャンバーからフィルター媒体を介してフィルターエレメントへ、そして濾過流体の出口を介して外部へ流すことを含む。流体がデバイスを通って流れる際、フィルターエレメントは、フィルター媒体から粒子を排出するのに十分な速度で回転している。この方法はまた、粒子含有流体から粒子をフィルター媒体上に収集することを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、粒子含有流体から固体及び液体粒子を除去するための連続洗浄可能な高効率遠心濾過デバイスに向けられる。該粒子含有流体は、例えば、スモーク、ミスト、ダスト、フューム、霧、及び雲状のものなどのエーロゾルを含む粒子含有ガスであることができる。
【００１８】
図１は、隔壁上に回転可能に取り付けることができる濾過デバイス用フィルターエレメント１０の実施態様を図示している。ミクロポーラスポリマーの濾過材から作製されたフィルター媒体１１が、フィルターエレメントの側壁に組み込まれており、したがって、濾過されたガスが透過できるバリヤー層を形成している。バリヤー層は、濾過される粒子含有ガス中の粒子がフィルター媒体１１を通過するのを防ぐよう機能し、したがって、濾過粒子を分離して蓄積させる。フィルターエレメント１０は、その側壁によって、濾過されたガスがフィルター媒体１１を通過した後に流れることができる内部プレナム１２を取り囲みかつ画定するという条件で、任意の所望の管状形であることができる。例えば、好適な管状フィルターエレメントの形状は、円筒、テーパー形円筒、及び多角形断面を有する管を含むことができるがそれらに限定されない。フィルター媒体１１の好適な形状は、例えば、円筒、ひだ状円筒、テーパー形円筒、及び多角形断面を有する管を含むことができる。したがって、本発明においては、フィルターエレメント１０は、少なくともフィルター媒体１１と、該フィルター媒体１１を介して粒子含有ガス流を誘導するのに必要な場合がある任意の補助的なコンポーネントとを含んで成り、該フィルター媒体１１を回転させ、それにより連続的な洗浄を可能とする一般に管状のアッセンブリである。
【００１９】
したがって、フィルター媒体１１に加えて、フィルターエレメントの壁はまた、外部補強部材１３及び内部補強部材１４を含むことができる。外部補強部材１３及び内部補強部材１４は、支持管、及び例えば、フィルター媒体１１を支持しかつ保護する金属又はプラスチックケージなどの支持構造であることができる。これらの補強部材１３、１４によって、フィルターエレメント１０が必要とされる速度で回転する場合に、フィルター媒体１１は、機械的完全性及び濾過性能を維持することができる。フィルター媒体１１のバリヤー層を形成する濾過材は、例えば、ポリプロピレン、導電性ポリエステルを含むポリエステル、ポリアラミド、ガラス繊維、ポリテトラフルオロエチレン、又はポリエチレンなど、不織布のミクロポーラスシート又はメンブレン形態のポリマーであることができる。所望の濾過及びシステムの経済的側面に応じて、好適な濾過材が、温度要件、濾過される材料等に基づいて選択できる。例えば、ポリエチレンのフィルター媒体が組み込まれる場合、それは、スパンボンドポリエチレン、複合スパンボンドポリエチレン、ポリエチレンフェルト、又はそれらの組み合せの形態であることができる。より好ましくは、濾過材はフルオロポリマー、さらにより好ましくは、ミクロポーラスｅＰＴＦＥメンブレンなど、不織布のミクロポーラスシート又はメンブレン形態の過フッ素化ポリマーである。閉じたエンドキャップ１５をエレメント１０の端部に取り付けて、プレナム１２を封止することができ、かつエレメント１０の外側の粒子含有ガスが、フィルター媒体１１を通過せずにプレナム１２に入ることを防ぐことができる。あるいはまた、開放したエンドキャップ１６をエレメント１０の１つ又は複数の端部に取り付けることができ、プレナム１２中の濾過ガスを流出させることができる開放を与える。フィルターエレメント上のエンドキャップ１５、１６間の接合によって、粒子含有ガスが、フィルター媒体１１を通過せずにプレナム１２に入ることを防ぐシールが提供される。
【００２０】
本発明においては、ミクロポーラスメンブレンは、約５０％以上の多孔性、即ち、約５０％以上の細孔容積を有し、該細孔の５０％以上が約５μｍ以下の公称直径を有する材料の連続シートである。フィルターエレメントにおけるミクロポーラスｅＰＴＦＥメンブレンは、好ましくはメンブレンの上流側に面する主平面上に濾過粒子を捕らえかつ蓄積する表面フィルターとして作用する。メンブレンは、上記の任意の好適な形状のフィルターエレメント、例えば、図２で示されるひだ状のフィルターエレメント１１において、バリヤー層を形成することができる。フィルターエレメント１１で用いられるミクロポーラスｅＰＴＦＥメンブレンは、米国特許第４，１１０，３９２号明細書；同第４，０９６，２２７号明細書；同第３，９６２，１５３号明細書；同第４，０２５，６７９号明細書；同第４，９０２，４２３号明細書；及び同第５，８１４，４０５号明細書のうちの１つ又は複数に従って調製できる。引用した特許に従って作製されたメンブレンは、約０．０１ｍｍ〜約２ｍｍの、しかしそれに限定されない厚さを有することができ、所望の濾過性能及び機械的強度の組み合せを示すことができる。所望の濾過性能及び機械的強度のレベルを達成するために、本発明のメンブレンは、約７０％、好ましくは８０％、さらにより好ましくは約９０％を超える多孔度を有する。メンブレンの多孔度は、空隙容量の割合又は細孔容積の割合、即ち、メンブレンの合計細孔容積と母体容積の割合としての空隙容量である。
【００２１】
さらにメンブレンは、流体、とりわけガスに対して高い透過性を示すべきである。メンブレンの空気透過率は、フレイジャー数（Frazier Number）の試験方法に従って決定できる。この方法では、空気透過率は、空気流量の測定のために約６平方インチ（２．７５インチ直径）の円形試験面積を与えるガスケット−フランジ取付具に試験試料を固定することによって測定される。試料取付具の上流側は、乾燥した圧縮空気源を備えたラインの流量計に接続されている。試料取付具の下流側は大気に開放されている。試験は、水０．５インチの空気圧を試料の上流側に適用すること、及びインライン流量計（ボール−フロートロータメータ）を通過する空気の流量を記録することによって行われる。試料は、試験前に少なくとも約４時間の間、華氏７０度、相対湿度６５％で状態を整えられる。結果は、水圧０．５インチで立方フィート／分／試料１平方フィートの単位を有するフレイジャー数によって報告される。
【００２２】
任意の基材に積層する前、メンブレンの透過率は１００フレイジャー（Ｆ）を超えることができる。メンブレンの透過率は、好ましくは約１Ｆ、より好ましくは約１０Ｆ、さらにより好ましくは３０Ｆを超えるべきである。メンブレンが基材に積層されて複合材料を形成する場合、複合体は約１Ｆ、より好ましくは約２Ｆ、さらにより好ましくは約３Ｆを超える初期透過率を有するべきである。
【００２３】
加えて、メンブレンは、濾過の間に受ける遠心力に耐えるのに十分な強度であるべきである。メンブレン強度は、ボール破裂強度試験によって決定できる。この試験方法及びそれに関連した試料取付装置は、Ｃｈａｔｉｌｌｏｎ Ｔｅｓｔ Ｓｔａｎｄに関する使用のためにＷ．Ｌ．ゴア・アンド・アソシエーツ社によって開発された。試験は、織物（布、ニット、不織布等）、多孔質又は非多孔質のプラスチック膜、メンブレン、シート等、それらの積層体、及び平面形態の他の材料のような材料の破裂強度についての機械的な測定である。
【００２４】
２つの環状固定プレート（内側の支持されていない直径が３インチ）の間に、試験片をぴんと張って、しかし引き伸ばさないで取り付ける。研磨鋼１インチ直径のボール形状の先端を有する金属棒によって、試験片の中心に対して（Ｘ−Ｙ平面の方向に垂直な）Ｚ方向に荷重を加える。この棒は、そのもう一方の端部でＣｈａｔｉｌｌｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｓｔ Ｓｔａｎｄ，Ｍｏｄｅｌ Ｎｏ．ＴＣＤ−２００（アメテックテスト・アンド・キャリブレーションインスツルメンツ、フロリダ州、ラーゴ）に搭載した適切なＣｈａｔｉｌｌｏｎフォースゲージに接続されている。荷重は、試験片が破損するまで１０インチ／分の速度で加えられる。破損（引裂、破裂等）は、固定領域内の至る所で生じる場合がある。
【００２５】
試験は、周囲の室内温度及び湿度条件、一般には華氏温度７０〜７２度、相対湿度４５〜５５％で行われる。試験されるべき材料は、試験前に特定の温度及び湿度条件で状態を整えられない。測定はポンド／平方インチ（ｐｓｉ）で報告される。メンブレンのボール破裂強度は、約３ｐｓｉ〜約５０ｐｓｉが達成可能である。しかしながら、有利には、ボール破裂強度は約１ｐｓｉ、好ましくは約２ｐｓｉを超えるべきである。
【００２６】
ｅＰＴＦＥメンブレンは、米国特許第４，０９６，２２７号明細書、及び同第４，９８５，２９６号明細書で説明されているように、延伸膨張ミクロポーラスＰＴＦＥに充填するのに現在使用されている様々な充填材を用いて充填することができる。好適な微粒子の充填材は、例えば、金属、半金属、金属酸化物、ガラス、セラミックス等のような無機材料を含むことができる。あるいはまた、他の好適な微粒子の充填材は、例えば、活性炭、カーボンブラック、ポリマー樹脂等から選択された有機材料を含むことができる。充填材は、種々の付加的なフィルターエレメントの特性及び機能を提供するよう選択できる。導電性の充填材がｅＰＴＦＥメンブレンに充填するのに使用され、かつ十分な量で存在する場合には、ｅＰＴＦＥは、静電気拡散性又は導電性の特性を示すことができ、このようなｅＰＴＦＥメンブレンから製造されたｅＰＴＦＥフィルターエレメントも同様に、本質的に静電気拡散性又は導電性であることができる。充填材は触媒活性を提供するよう選択できる。米国特許第５，８４３，３９０号明細書に開示されているように、触媒フィルター材料が、ガス流からＮＯｘなどの汚染物質を除去するのに使用できる。これらの充填材はまた、触媒粒子を充填したｅＰＴＦＥの複合繊維を含んで成ることができる基材層に組み込むこともできる。複合繊維は、短繊維に切断することができ、フェルト基材にすることができる。この結合したフィルターと基材は、ダストが活性な触媒サイトを塞ぐ場合がある前にフィルター流からダストなどのマクロ粒子を除去すること、及びガス流中の望ましくない汚染物質を許容できる最終生成物に触媒作用で効果的に転化することの両方に使用できる。
【００２７】
加えて、ｅＰＴＦＥメンブレンの内部及び外部表面は、メンブレン特性を向上させる材料で被覆することができる。例えば、米国特許第５，５３９，０７２号明細書で説明されているように、向上した疎油性は、メンブレンと、側鎖のフッ素化アルキル基を有する有機ポリマーに属するポリマー粒子の水性分散液を接触させることによって得ることができ、該水性分散液中では、該粒子は非常に小さく、０．０１〜０．１μｍ程度である。積層体又はコンポーネントが分散液で被覆され、次いで加熱されて粒子が互いに流動する場合には、サイズが小さいことによりコーティングの均一性が促進される。有機ポリマーは、フルオロアルキルアクリレート、フルオロアルキルメタクリレート、フルオロアルキルアリールウレタン、フルオロアルキルアリルウレタン、フルオロアルキルマレイン酸エステル、フルオロアルキルウレタンアクリレート、フルオロアルキルアクリルアミド、及びフルオロアルキルスルホンアミドアクリレートに由来するポリマーから成る類より選択されたポリマーであることができる。
【００２８】
バリヤー層を形成するメンブレンはまた、不織布又はフェルト織物の基材層に結合又は積層して、積層フィルター媒体１１を形成することができる。基材に積層される場合には、バリヤー層は基材の上流側に配置されるので、濾過される粒子含有流体は、まずバリヤー層を通過して、その後基材層を通過する。天然、合成有機、ガラス又は金属繊維材料の織物及び不織物の布、マット、及びフェルトは、多孔質ポリマーの膜、シート、発泡体と同様に基材として使用できる。結果として得られる積層体は、流体の流れから濾過される粒子のサイズに適した細孔サイズと、濾過において受ける温度、腐食性、及び他の条件に適した組成とを有するよう選択されるべきである。好ましいフィルターエレメントの積層体は、ポリエステル、導電性ポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアラミド、ガラス繊維、又はポリテトラフルオロエチレンのフェルト及び織物、並びにそれらの組み合せと、多孔質ｅＰＴＦＥとの複合体であることができる。この実施態様においては、フィルター媒体は、フィルターの所望とされる性能に応じて、多数の構成の支持構造に付着させることができる。
【００２９】
ｅＰＴＦＥメンブレンのバリヤー層は、積層プロセスによって基材層に付着させることができる。２つの層は、加熱ローラーとエラストマーのシリコーンローラーにはさんで通過させることにより熱及び圧力を加えることで積層できる。ｅＰＴＦＥフィルター層を支持層に積層するための範囲は、使用する支持層の材料に左右される。一般には、積層条件は、１００℃〜４５０℃の温度、好ましくは１８０℃〜３５０℃の温度；２〜１００ｐｓｉ（１４〜６８９ｋＰａ）の圧力、好ましくは１５〜５０ｐｓｉ（１０３〜３４５ｋＰａ）の圧力；及び２〜１５０ｆｐｍ（フィート／分）（０．６〜４６ｍ／分）の作製速度（fabric rate）、好ましくは２０〜８０ｆｐｍ（６〜２４ｍ／分）の速度である。
【００３０】
本発明に用いられる積層ミクロポーラスメンブレン媒体は、濾過の間に受ける遠心力に耐えるのに十分な強度であるべきである。これらの積層体の強度は、Ｍｕｌｌｅｎ Ｂｕｒｓｔ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｔｅｓｔによって測定でき、この試験では、破裂強度は、（マサチューセッツ州、チコピーのＢＦ Ｐｅｒｋｉｎｓより入手可能な）Ｍｏｄｅｌ Ａ Ｍｕｌｌｅｎ Ｔｅｓｔｅｒを用いて測定される。この試験においては、試験されるべき材料の５インチ直径の試料が、Ｍｕｌｌｅｎ Ｔｅｓｔｅｒにおいて２つの水平な平面円形プレートの間に固定される。流体を一定速度でピストン移動によりチャンバーから移動させ、成形されたゴム製ダイアフラムを下方プレートの開口（１．２５インチ直径）を通して延伸膨張させ、試料の支持されていない領域に対して一定の割合で増加する圧力を加える。同時に、シリンダーに接続されたゲージがシリンダー内の圧力上昇を指示している。試料が破裂するとすぐに、圧力は降下し、ゲージの針は静止したままで、試料を破裂させるのに必要とされた力を指示する。ミューレン破裂圧力は、ポンド／平方インチ（ｐｓｉ）において測定される。基材に積層される場合には、好適なｅＰＴＦＥメンブレンの破裂強度は２５ｐｓｉ、好ましくは１００ｐｓｉ、さらにより好ましくは２００ｐｓｉを超えることができる。下表１は、本発明に使用できるｅＰＴＦＥメンブレンの例示的なリストをメンブレンの特性とともに与える。下表２は、本発明の濾過用媒体として使用できるｅＰＴＦＥ積層体の例示的なリストを積層体の特性とともに与える。Ｃｏｌｂｏｎｄ基材は、Ｃｏｌｂｏｎｄ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ（アーネム、オランダ）から入手可能であり；Ｒｅｅｍａｙ基材は、Ｒｅｅｍａｙ社（テネシー州、オールドヒッコリー）から入手可能であり；Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｆｅｌｔ基材は、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｆｅｌｔ Ｃｏｍｐａｎｙ社（サウスカロライナ州、ノースオーガスタ）から入手可能であり；Ｋｏｌｏｎ基材は、Ｋｏｌｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ社（Ｋｙｕｎｇｇｉ−ｄｏ、韓国）から入手可能である。
【００３１】
【表１】
2005507763.tif 000003
【００３２】
【表２】
2005507763.tif 000004
【００３３】
表２に示すように、本発明に好適な積層体は、高い濾過効率を有することができる。即ち、これらの積層体は、粒子含有ガス流からサイズが０．３μｍ以上の粒子の９０％以上を除去できる。表２の“積層体効率＠ ０．３μｍ ＤＯＰ”という縦の段は、自動化された効率試験器（Ｍｏｄｅｌ ８１６０、ＴＳＩ社、ミネソタ州、セントポール）によって測定された積層体の効率を記載している。効率の測定においては、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）溶液を噴霧して、直径０．０３〜０．５ミクロン（μｍ）の粒子を含有するエーロゾルを作り出す。試験される積層体は、積層体を介して１０．５フィート／分（ｆｐｍ）の面速度を有するエーロゾルで以って試験される。凝縮核計によって、試験される積層体の上下流で粒子の凝縮を測定し、粒子の集塵効率を決定する。この効率は、［フィルターによって集塵された粒子］／［上流の攻撃粒子］の割合として報告される。圧力降下はｍｍ水柱で報告される。試験は、周囲の室温（華氏７０度）及び相対湿度（４０％）の条件で行われる。
【００３４】
存在するのであれば、外部補強部材１３及び内部補強部材１４は、溶接されたワイヤーメッシュから作製できるか、又は鋼、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、アルミニウム、若しくはプラスチックの布若しくは不織布スクリーンから作製できる。閉じたエンドキャップ１５及び開放したエンドキャップ１６は、薄い鋼、亜鉛メッキ鋼、ステンレス鋼、アルミニウム鋼、成形プラスチック、又は他の材料から形成でき、型押、紡績、旋削、成形又は鋳造することができる。成形エンドキャップ１５、１６は、固化した封入又は注封材料から作られ、補強部材１３、１４及びフィルター媒体１１の底部周りに形成又は成形されて、エレメント１０に対する底部の封止及び閉鎖を達成することができる。例えば、予備成形された鋳型を適度な稠度又は軟度の封入又は注封材料で満たすことができ、組み付けられるエレメントの部品を鋳型に押し込めるか又は埋め込み、封入材料が自己支持するほど十分硬化又は固化させて、外部の鋳型を取り除き、そうして完全に硬化又は固化させる。注封材料は、ウレタン、エポキシ、若しくはシリコーンゴムであることができるか、又は熱可塑性樹脂のプラスチゾル若しくは他の好適な熱可塑性樹脂、例えば、Ｉｓｏｃｙａｎａｔｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能なＰＮ＃ＤＲＺ ２７１４１系など、市販の２成分ポリウレタン樹脂系であることができる。さらに、フィルター媒体１１は、必要に応じて、ホットメルトのポリイミド、ＲＴＶシリコーン、エポキシ、ポリウレタン等を用いてエンドキャップ１５、１６及び補強部材１３、１４に接合することができる。
【００３５】
図３に示す１つの実施態様においては、フィルターエレメント１０は、ハウジング３１の内部で隔壁３８上に回転可能に取り付けることができる。隔壁３８は、チャンバー３７と境を接するハウジング３１の外壁であることができる。ハウジングの入口３５により、粒子含有ガスがハウジング３１のチャンバー３７に入ることができる。随意には、ハウジング３１は円筒形であることができ、入口３５は、ハウジング３１に入るガスが回転流を発達させるよう接線方向にあることができる。このような回転流により、チャンバー３７において、進入する粒子含有流体と伴出される微粒子との間の分離が促進される。エレメント１０をギア、ベルト及びチェーン駆動に連結させることなど、エレメント１０を回転させるための他の回転駆動メカニズムが同様に使用できるが、エレメント１０は、閉じたエンドキャップ１５に接続された駆動軸３２によって回転させることができる。好ましくは、このエレメントは、プレナム１２を貫く回転軸の周りに回転する。軸受３３によって、チャンバー３７中の粒子含有ガスがハウジングから漏れることを防ぎながら、駆動軸３２をハウジング３１に回転可能に連結させる。濾過流体の出口としての役目を果たすエレメント１０の端部で、エレメント１０はシール３４上に取り付けられ、該シール３４が、エレメント１０の開放したエンドキャップ１６と、ハウジング３１の隔壁３８における濾過流体の出口３６との間の封止を維持し、それによって、チャンバー３７と濾過流体の出口３６との間の漏れを防ぐ。
【００３６】
シール３４は、隔壁３８をエレメント１０に回転可能に連結させる、即ち、濾過の間にチャンバー３７から濾過流体の出口３６へ流れる粒子含有ガスを最小限に抑えながら、エレメント１０を連続的に回転させる任意の好適な接触又は非接触シールであることができる。図５Ａ〜５Ｆは、図３における視界Ａの透視図であり、シール３４のさまざまな実施態様を詳しく説明している。例えば、図５Ａに示すように、シール３４は、ＰＴＦＥと硫酸バリウムの複合体材料から作製されたパッキンリング３４ｂと、固定リング３４ａとを含むリップタイプの接触シールであることができる。好適なパッキンリング材料は、Ｂｒｉｇｇｓ Ｃｏｍｐａｎｙ（デラウェア州、ニューキャッスル）から入手可能である。リング３４ｂは、開放したエンドキャップ１６の外側の縁に取り付けられかつそれとともに回転し、ステンレス鋼の固定リング３４ａの研磨されたステンレス鋼表面に接触しており、この固定リング３４ａは、隔壁３８の開口３６の周りに取り付けられている。固定リング３４ａとパッキンリング３４ｂとの間の接合は、フィルターエレメント１０が隔壁に関して回転できるようにしながら封止を維持する。
【００３７】
あるいはまた、図５Ｂに示すように、シール３４は、ブレード・イン・チャンネルタイプの非接触シールであることができ、固定ブレード３４ｃが、隔壁３８に取り付けられかつ固定され、回転可能なチャンネル３４ｄが、フィルターエレメント１０の開放したエンドキャップ１６に取り付けられかつそれとともに回転する。チャンネル３４ｄは、グリースなどの粘着性潤滑剤３４ｅで満たすことができる。チャンネル３４ｄが濾過の間回転しているとき、グリースは、チャンネル３４ｄの底壁に対して放り出される。しかしながら、ブレード３４ｃのシャープエッジが、はめ込まれたまま突っ切って進むチャンネル中には十分な潤滑剤３４ｅがあり、そのグリース３４ｅによって、シールの一方の側のフィルターエレメント１０と、もう一方の隔壁３８との間で気密に近いバリヤーが維持される。あるいはまた、シール３４は、図５Ｃに示すブレード・イン・チャンネルタイプの非接触シールであることができ、この図では、ブレード３４ｃが、回転フィルターエレメント１６に取り付けられ、チャンネル３４ｄが隔壁に固定される。非接触シールデザインの別の変形態様は、図５Ｄに示す蛇行経路のものであり、回転フィルターエレメント１６と隔壁３８の嵌め合いの交わりは平坦でなくかつ平面でないが、１つ又は複数の同心の隆起及び溝の連続が、この封止領域をバイパスする任意の粒子含有流体を効果的に最小にする蛇行した流体経路であるように両方の交わり部品に関して反映される。蛇行経路シールの別の変形態様は、図５Ｅに示され、嵌め合いの固定隔壁３８上の１つ又は複数の溝に挿入された／取り付けられたフェルトシール１００を用いて、回転フィルターエレメント１６に接触させることであり、さらには、この封止領域の粒子含有流体のバイパスを妨げる。蛇行経路シールのさらに別の変形態様は、図５Ｆに示され、嵌め合いの固定隔壁３８上にある溝の１つに挿入された／取り付けられたモリブデン含浸ＰＴＦＥの“フィンガー”シール１０１を用いて、回転フィルターエレメント１６に接触させることであり、該シールの“フィンガー”の先端が回転フィルターエレメント１６とまさに接触し、そうして、この封止領域の粒子含有流体のバイパスを妨げる。
【００３８】
ファンブレードタイプのシール３４は、代替の非接触シール３４であり、図６Ａ及び６Ｂに示される。シール３４は、隔壁３８に隣接する開放したエンドキャップ１６の表面など、フィルターエレメント１０の表面に取り付けられたファンブレード３４ｆの組を含んで成る。図６Ａに示すように、ファンブレード３４ｆの組は、隔壁３８に取り付けられた嵌め合いの凹部３４ｇに突き出ることができる。ファンブレード３４ｆの組は、フィルターエレメント１０とともに回転し、遠心ファンとして作用して、プレナム１２及び出口３６からフィルターエレメント１０の上流側のチャンバー３７へ清浄なガス流を吸い込む。そうして、粒子含有ガスが、チャンバー３７から出口３６へ逆方向にバイパスするのを防ぐ。
【００３９】
濾過の間、粒子含有流体は、例えば、濾過デバイスと流れが通じて接続されたブロワー、コンプレッサー、ファン、タービン、又はポンプなどの好適な流体ポンピングデバイスによって作り出されるチャンバー３７とプレナム１２の間の差圧影響下で、チャンバー３７からフィルター媒体１１を通って内部へ半径方向に流れる。いったん濾過されると、ガスがプレナム１２に入り、エレメント１０の端部のうち少なくとも１つの開口を介して濾過デバイスを出る。濾過を継続しながら、フィルターエレメント１０はプレナム１２を貫く軸の周りに回転し、遠心力を発生させる。濾過される粒子含有ガス中の粒子は、ガスが通過するときにフィルター媒体１１に捕らえられる。捕らえられた粒子がフィルター媒体１１とともに回転し始めると、この粒子は遠心力を受け、フィルターエレメントから排出される。排出された粒子は、続いてチャンバー３７から収集される。したがって、回転することによって、濾過粒子がフィルター媒体１１に深く埋まることを防ぎ、フィルター媒体１１上に粒子が発達するのを防いでフィルターエレメントを連続的に清浄にする。濾過される材料に応じて、回転速度は、例えば、１００回転／分（“ＲＰＭ”）、及び１０００ＲＰＭ、場合によって５０００ＲＰＭを超えることができる。
【００４０】
メートル／平方秒（ｍ／ｓ２）におけるデバイスの遠心加速度はｒω２によって算出でき、式中、ｒは回転半径、ωはラジアン／秒における回転速度である。遠心加速度は、濾過される材料に応じてさまざまであることができる。例えば、液体が濾過される場合には、約７５ｍ／ｓ２まで又はそれ以上の遠心加速度が好適であり、ガスが濾過される場合には、１０００ｍ／ｓ２を超えるか、又は５０００ｍ／ｓ２を超えさえする遠心加速度が好適である。
【００４１】
遠心濾過デバイスは、さらに有利には、例えば、米国特許第５，７４６，７８９号明細書、及び同第４，９２３，４９１号明細書で説明されている境界層運動量移動（“ＢＬＭＴ”）タイプの半径方向流入式遠心濾過デバイスを含むことができ、これらの特許はその参照により本明細書に含まれる。ＢＬＭＴデバイスは、それぞれが中央開口を有する複数の環状ディスクを含んで成る。このディスクは、図４に示す通り、中央ディスク開口がフィルターエレメント１０を取り付ける中央キャビティを形成するように、互いに平行に積み重ねられる。ディスク４１は、長いボルト４２又はスペーサーによって取り付けかつ間隔を置いて配置することができる。ボルト４２は、閉じたエンドプレート４３と開放したエンドプレート４４まで及び、ディスクをしっかり固定して中央キャビティを封止する。さらに、フィルターエレメント１０と封止用エンドキャップ１５、１６を、エンドプレート４３及び４４の間でしっかりと固定する。閉じたエンドキャップ１５及び開放したエンドキャップ１６は、随意には、それぞれ閉じたエンドプレート４３及び開放したエンドプレート４４に組み込むことができる。
【００４２】
この実施態様においては、ＢＬＭＴデバイスとフィルターエレメント１０は、一体的なアッセンブリを形成して互いに回転する。フィルターエレメント１０が十分清浄である、即ち、遠心濾過デバイスを横切るガス流量の低下及び圧力降下の大きさが所望の値を超えない、並びに過剰な回転速度が機械的な故障をもたらさないという条件で、任意の回転速度が好適である。回転速度は、例えば、１００回転／分（“ＲＰＭ”）、及び１０００ＲＰＭ、場合によって５０００ＲＰＭを超えることができる。これら回転速度での濾過の間、プレナム１２のガス圧は、チャンバー３７の圧力よりも低く、ガスがディスク間に流れ、プレナム１２へ流れる。ディスク４１の回転によって、ディスク４１の主平面に隣接する空気の境界層が確立される。
【００４３】
ディスクサイズ、ディスク４１間の間隔、回転速度、ディスクの表面粗さ、ディスク４１を横切る圧力降下、圧力、温度、密度、及びディスク４１を取り囲むガスの粘度などのようなパラメータに応じて、ガスの層流又は乱流何れかの境界層が、各回転ディスク４１のそれぞれの側で確立できる。これらの境界層におけるガスは、プレナム１２のより低い圧力へ向かう半径方向の流入成分だけでなく、回転ディスクの方向に回転成分を有する速度を発達させる。濾過デバイスの選択された回転速度、及びその体積流量は、任意の２つのディスク４１間の境界層が重なるか、又は少なくとも接触するほど十分であることが好ましい。粒子含有ガス中の粒子が回転ディスク４１の間を通ると、粒子は回転境界層において伴出され、角運動量が、回転ディスクから境界層を介してこれら伴出された粒子へ移される。これが境界層運動量移動である。移された角運動量によって、いくつかの粒子が遠心フィルターデバイスから直ちに排出される。排出された粒子は、粒子の角運動量によって発生する遠心力を受けた粒子であり、その遠心力は、プレナム１２へのガス流によって生み出される粒子の抵抗力よりも大きい。逆に言えば、境界層運動量移動によって排出されない粒子は、遠心力に比べて大きな抵抗力を受ける粒子である。この粒子は、もっぱらというわけではないが、一般により小さく、より低い質量の粒子である。
【００４４】
ＢＬＭＴによって排出されない粒子の一部は、フィルターエレメントの表面に達し、フィルター媒体１１によって捕らえられ、これらの粒子は、フィルターエレメント表面の回転速度まで加速することができる。これらの粒子が受ける遠心力は、粒子がフィルター媒体１１のバリヤー層深くに埋まることを防ぐ傾向がある。さらには、バリヤー層の濾過材を湿らす場合のある液体粒子が、濾過材のミクロ細孔に害を及ぼすこと、及びフィルター媒体１１を覆うことを防ぐ。粒子がフィルターエレメントの表面に蓄積する場合には、いくつかの粒子が塊になるか又は凝集して、遠心フィルターデバイスから排出するのに十分な遠心力を発達させるより大きな質量の粒子を形成することができる。この媒体から排出された粒子は、ＢＬＭＴの回転ディスクを介して進み、チャンバー３７中に収集される。加えて、本明細書で先に説明したように、好ましいメンブレンフィルター媒体を使用することで、フィルターシステムの洗浄効率がさらに向上する。
【００４５】
本発明のさまざまな実施態様においては、チャンバー３７とプレナム１２の間の圧力差は、例えば、ブロワー、コンプレッサー、ファン、タービン、又はポンプなどの好適な流体ポンピングデバイスによって維持でき、該デバイスは、濾過デバイスと流れが通じて接続されている。ポンピングデバイスは、適切な管路により離して接続できるか、又は濾過デバイスの一体的なコンポーネントを形成できる。例えば、ポンピングデバイスは、濾過流体の出口３６で又はその付近で、排出する濾過ガス流中に配置されたファンであることができ、及びエレメント１０に接続されたシャフトによって濾過デバイスに取り付けることができる。
【００４６】
遠心濾過デバイスの１つの実施態様においては、ＢＬＭＴデバイスは、ＩｎｎｏｖａＴｅｃｈ ＮｏｖａＭｉｓｔユニット（ＩｎｎｏｖａＴｅｃｈ、ノースカロライナ州、ダーラム）であることができる。ＢＬＭＴデバイスは、それぞれ外径１２インチ及び内径１０インチを有する１８０枚の環状で、０．０２インチ厚さのアルミニウムディスク４１から組み立てられる。ディスク４１は、１０．５インチ直径の円で各ディスクの周りに等しく間隔を置いて配置された１２個の穴を含む。ディスクは、一列に並んだ穴を貫通する１２本のステンレス鋼の棒４２と、各ディスク間の各棒上に０．５ｍｍ厚さのスペーサーで以って積み重ねられる。この棒は、開放したエンドプレート４４及び閉じたエンドプレート４３に取り付けられる。底部プレートは、フィルターエレメント１０の取り付け及び取り外しを可能にするよう着脱可能である。
【００４７】
本発明の遠心濾過デバイスは、他の濾過デバイスと組み合せて使用できる。例えば、フィルターシステムは、デバイスの上流又は下流に加えることができる。さらに、該デバイスは、他の濾過デバイスに組み込むことができる。例えば、本遠心濾過デバイスは、伴出された微粒子から部分的に分離されたガスがサイクロンを出るところのサイクロン渦流チャンバー内の流体出口に配置できる。したがって、本遠心濾過デバイスは、サイクロンによって除去されなかったガス中の非常に小さな粒子を除去するのに使用できる。
【００４８】
本発明の好ましい濾過材として積層ｅＰＴＦＥメンブレンを使用する利点の１つは、この材料が遠心力を適用して洗浄することができるその容易さにある。試験を行い、遠心力下でｅＰＴＦＥメンブレンを洗浄することの有効性を、他の濾過材を用いて決定しかつ比較した。これらの試験においては、まず直径２５ｍｍの円形フィルター試料を計量し、次いで、試料を介してダスト含有空気流を濾過すること、及び試料を横切る圧力差が１０００Ｐａに増加するまでダスト粒子を試料上に蓄積させることによって、この試料に（ミネソタ州、バーンズビルのＰｏｗｄｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社より入手可能な）ＳＡＥの微細なダストを充填した。充填した後、試料を再び計量して、単位面積当たりのダスト充填量を算出した。算出したダスト充填量は、３５ｇ／ｍ２〜１１０ｇ／ｍ２であった。次いで、回転加速により発生する遠心力によって試料からダストがはがれるように、充填した試料をその充填した側を充填カップの底部に向けて遠心分離機に装填した。試料を所定の速度で回転させて５分間所望の遠心加速度を作り出し、次いで、それを取り出して再計量し、放出されたダストの質量を決定した。遠心分離によって除去したダストの質量パーセントとして洗浄効率を算出した。
【００４９】
２つの積層ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）メンブレンフィルターを、Ｌａｎｔｏｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（ペンシルバニア州、ベリングハム）より入手可能な非積層１６ｏｚ／ｙｄ２ポリエステルＰ８４（商標）フェルトを背にして試験した。ｅＰＴＦＥメンブレンから成るＷ．Ｌ．ゴア・アンド・アソシエーツ社より入手可能な積層ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）メンブレンフィルター、部品番号Ｌ４４２７を、Ｓｏｕｔｈｅｒｎ Ｆｅｌｔより入手可能な１６ｏｚ／ｙｄ２ポリエステルフェルト基材に積層した。積層体は、ミューレン破裂強度３７５ｐｓｉ、引張強度１５０ポンド、厚さ１．９ｍｍ、フレイジャー数７、及び０．３μｍＤＯＰ１０．５ｆｐｍでの効率９３．３１％であった。
【００５０】
予想通り、洗浄効率は遠心加速度の上昇とともに増加した。驚くべきことに、積層ＧＯＲＥ−ＴＥＸ（登録商標）メンブレンフィルターは、約２２００ｍ／ｓ２の遠心加速度で約５０％の洗浄効率、及び約４５００ｍ／ｓ２の遠心加速度で約９５％の洗浄効率を達成した。もう一方で、非積層フェルト試料は、約５０％の洗浄効率を達成するのに約３２００ｍ／ｓ２の遠心加速度、及び９０％の洗浄効率を達成するのに約３３０００ｍ／ｓ２の遠心加速度を必要とした。
【００５１】
本発明で用いられる積層ｅＰＴＦＥメンブレンはまた、機械的完全性を維持しながら、高い遠心力に耐えることが可能である。２つのフィルター媒体を、高い遠心力に耐える能力について試験した。試験した２つの媒体試料は、細孔サイズ１μｍの非積層ミクロガラス繊維（ミシガン州、アナーバーのゲルマンサイエンスより入手可能なＴｙｐｅ Ａ／Ｅ）と、ｅＰＴＦＥ積層体（メリーランド州、エルクトンのＷ．Ｌ．ゴア・アンド・アソシエーツ社より入手可能な部品番号Ｌ４４４６）であった。フィルター試料のサイズは直径２５ｍｍであった。各試料は、モデルＭ００００２５Ａ０のオープンフェイスの２５ｍｍＭｉｌｌｉｐｏｒｅフィルターホルダー（Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ、マサチューセッツ州、ベッドフォード）に装填した。さらに、液体スポイトを用いて約０．４５ｇのシリコーン油を各試料に投与した。この油は、ミクロガラス繊維とｅＰＴＦＥ積層体を完全に濡らした。ホルダーのオープンフェイスがカップを保持する遠心分離機の底部に面するように、装填した試料を実験用の遠心分離機（カリフォルニア州、フラトンのベックマンより入手可能なＭｏｄｅｌ ＧＳ−１５）に置いた。フィルターは、ローターの回転の中心から１２６ｍｍに配置した。試料は、５００ｒｐｍで５分間回転させ、次いでそれを取り出し、任意の機械的な損傷について検査した。試料を戻して５分間より高速で回転させ、再度検査した。これを１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、２５００ｒｐｍ、３５００ｒｐｍ及び４５００ｒｐｍの回転速度で繰り返した。対応する遠心加速度は、それぞれ約３５０ｍ／ｓ２、１４１０ｍ／ｓ２、３１７０ｍ／ｓ２、８８１０ｍ／ｓ２、１７２６０ｍ／ｓ２及び２８５３０ｍ／ｓ２であった。非積層ミクロガラス繊維媒体の試料については、１０００ｒｐｍで回転させた後、フィルター上にクラックを観測した。１５００ｒｐｍでは、試料は複数の断片に壊れた。対照的に、ｅＰＴＦＥ積層体の試料は、最も高い４５００ｒｐｍの速度でさえも全く機械的な損傷がなかった。
【００５２】
［試験方法１］
図７は、本発明の遠心濾過デバイスについてのオイルミスト及びオイルスモークの濾過性能を試験するのに用いる装置を図示している。濾過デバイス７００を５５ガロンの円筒形ドラムハウジング７０１に装填した。該ハウジングは、内径２２．５インチ及び高さ３５インチを有し、濾過デバイスのプレナム開口がハウジングの濾過流体出口７１６に対面している。濾過デバイスを、シャフトを介して連結した３ｈｐモーター（Ｌｅｅｓｏｎ Ｃ１４５Ｔ３４ＦＣ１Ｅ、ウィスコンシン州、グラフトン）によって駆動させた。ハウジングの入口を、直径６インチ及び長さ５フィートを有するシートメタルの入口ダクト７１５に接続した。入口ダクト７１５の内部に配置したエーロゾルインジェクター７０６によって、濾過デバイス７００に供給する試験用エーロゾルを作り出した。入口ダクト７１５と同様の寸法の出口ダクト７１４を、ハウジングの出口７１６に接続した。穴のあいた金属スクリーン７０５を、均一な空気流を得るためにハウジングの入口から４フィートの入口ダクト内部に配置した。圧力測定器７１０に接続した入口圧力変換器７０７、及び粒子測定器７０９に接続した入口粒子サンプリングプローブ７０８を、スクリーン７０５とハウジングの入口との間の入口ダクト７１５に配置した。（オハイオ州、クリーブランドのＭｅｒｒｉａｍより入手可能な）Ｍｅｒｒｉａｍ ５０ＭＨ１０−８層流計７０４を入口ダクト７１５の上流に設置し、空気流量を測定する。Ａｐｐｌｉｅｄ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒｓ（カリフォルニア州、フレモント）より入手可能な２０インチ×２０インチのＨＥＰＡフィルター７０３を、周囲空気より吸引される装置用供給空気中の微粒子から層流計７０４を保護するために層流計入口に設置した。濾過デバイス７００からの濾過された排気空気は、出口ダクト７１４を介して流出させた。該出口ダクトはまた、ハウジングの出口７１６から４フィートに位置する穴のあいた金属スクリーン７１１を収容していた。圧力測定器７１０に接続した出口圧力変換器７１７、及び粒子測定器７０９に接続した出口粒子サンプリングプローブ７１８を、スクリーン７１１と、出口ダクト７１４の端部に配置したＡｐｐｌｉｅｄ Ａｉｒ Ｆｉｌｔｅｒｓ（カリフォルニア州、フレモント）より入手可能な２０インチ×２０インチのＡＳＨＲＡＥ９５％エアフィルター７１２との間の出口ダクト７１４に配置した。空気流は、ＡＳＨＲＡＥ９５％エアフィルター７１２の下流に接続したブロワー７１３（Ｄａｙｔｏｎ ７Ｃ２０４、イリノイ州、ニルス）によって提供した。周波数インバータ（日立、Ｍｏｄｅｌ ＳＪ１００、ニューヨーク州、タリータウン）を用いて、ブロワー速度とフィルターデバイスの回転速度を調節した。フィルターデバイスの圧力降下は、Ｈｅｉｓｅ Ｍｏｄｅｌ ＰＭ電子圧力変換器（Ｈｅｉｓｅ、コネチカット州、ニュータウン）を用いて、それぞれドラムの入口及び出口７１６の、０．５フィート上流の入口圧力変換器７０７と４．５フィート下流の出口圧力変換器７１７との間で圧力指示の差を記録することによって測定した。
【００５３】
[効率測定]
効率測定について、使用したエーロゾルインジェクター７０６は、ＴＳＩ Ｍｏｄｅｌ ３０７６粒子発生器（ＴＳＩ、ミネソタ州、セントポール）であり、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）油を噴霧して、入口ダクト７１５にＤＯＰを注入した。粒子測定器７０９は、空気力学的粒径分析計（ＴＳＩ Ｍｏｄｅｌ ３２２０、ミネソタ州、セントポール）であり、濾過デバイスの上下流における粒子のサイズ及び濃度を測定した。入口及び出口の粒子サンプリングプローブ７０８、７１８は、それぞれハウジング入口及びハウジング出口７１６の上流及び下流において１フィート及び４フィートに配置した。集塵効率は以下により算出した。
集塵効率％＝（１−（Ｃｏ−Ｃｂ）／Ｃｉ）×１００
式中、Ｃｏ＝出口粒子濃度、＃／ｃｍ３
Ｃｉ＝入口粒子濃度、＃／ｃｍ３
Ｃｂ＝出口の背景粒子濃度、＃／ｃｍ３
【００５４】
[オイルミスト充填特性の測定]
濾過デバイス７００のオイルミスト充填特性、即ち、オイルミストを濾過する際の濾過デバイス７００を横切る正確なガス流量及び圧力降下を、油性の金属用切削油剤（Ｅｌｆ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ、Ｅｌｆｃｕｔ ８０、ノースカロライナ州、ロッキンガム）を入口ダクト７１５に注入することによって測定した。約２０μｍサイズ未満の粒子を含有する凝縮又は微粒化により形成した液体粒子のエーロゾルであるオイルミストを、Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ＣｏｍｐａｎｙのＭｏｄｅｌ １／４Ｊ−ＳＵ１１スプレーノズル（Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社、イリノイ州、ウィートン）であるエーロゾルインジェクター７０６を用いて作り出した。Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔのＭｏｄｅｌ ＭａｓｔｅｒＦｌｅｘ Ｌ／Ｓ １４ぜん動ポンプ（Ｃｏｌｅ−Ｐａｒｍｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ、イリノイ州、バーノン・ヒルズ）によって、貯蔵器からエーロゾルインジェクター７０６にオイルを供給した。空気流量を一定に保持して、フィルターデバイスを横切る圧力降下を連続的に監視する。
【００５５】
［オイルスモーク充填特性の測定］
同様に、濾過デバイスのオイルスモーク充填特性を試験した。スモーク、即ち、約１μｍ未満の粒子を含有する不完全燃焼によって得られる目に見えるエーロゾルを、油性の切削油剤（Ｅｌｆ Ｌｕｂｒｉｃａｎｔｓ、Ｅｌｆｃｕｔ ８０、ノースカロライナ州、ロッキンガム）を微粒化する粒子発生器（ＴＳＩ Ｍｏｄｅｌ ３０７６、ミネソタ州、セントポール）によって生成してエーロゾルを形成した。このエーロゾルを摂氏１５０度に加熱してオイル粒子を蒸気化した。次いで、この蒸気を凝縮してサブミクロンのスモーク粒子を形成する。スモークを入口ダクト７１５に注入して濾過デバイスに充填した。空気流量を一定に保持して、フィルターデバイスを横切る圧力降下を連続的に測定する。
【００５６】
［試験方法２］
試験方法２を用いて、ダスト粒子及び水性ミストの濾過における濾過デバイスの性能を試験した。この試験で使用した装置は、層流計７０４及びＨＥＰＡフィルター７０３を入口ダクト７１５に接続していないこと、粒子サンプリングプローブ７０８、７１８又は粒子測定器７０９を設置していないこと、並びにＬａｍｂｄａ Ｓｑｕａｒｅ社のＭｏｄｅｌ ４１５０−Ｐオリフィス流量計（Ｌａｍｂｄａ Ｓｑｕａｒｅ社、ニューヨーク州、ベイショア）を、空気流量を測定するために、ＡＳＨＲＡＥ９５％エアフィルター７１２と出口ダクト７１４の間に接続したこと以外は、試験１で使用した装置と同様であった。
【実施例】
【００５７】
［例１：オイルミスト充填］
（表２に示す）積層ｅＰＴＦＥメンブレンフィルター媒体、部品番号Ｌ４４４５を用いて作られたフィルターエレメントを含んで成る遠心濾過デバイス、試料Ｍを試験システム１に装備した。フィルター媒体は１５０個のひだを有していた。ひだの深さ、即ち、隣り合ったひだの頂点間の距離は０．６２５インチ、フィルター媒体の高さは５．７５インチであった。フィルター媒体の濾過面積は７．５ｆｔ２であった。空気／クロス比（air-to-cloth ratio）３０ｆｔ／分に相当する空気流量２２５ｆｔ３／分を有するオイルミストをフィルター媒体に充填した（空気／クロス比とは、フィルター媒体を通過する体積空気流量をフィルター媒体の濾過面積により除したものである）。濾過デバイスの回転速度は３４５０ｒｐｍであった。
【００５８】
図８に示すように、フィルターデバイスの初期圧力降下は７．１ｉｎｗｇ（インチ水柱）であった。フィルターデバイスを約９０ｍｇ／ｍ３の濃度で以って９時間オイルミストで攻撃した後、圧力降下は８．１ｉｎｗｇで安定した。加えて、流量は一定のままであった。次いで、オイルミストを１６時間停止して、圧力降下が７．３ｉｎｗｇで安定するのを見出した。オイルミストを再び１１時間オンにして、圧力降下が７．９ｉｎｗｇで安定した。フィルターの回転を停止すると、圧力降下は初め４．５ｉｎｗｇに低下するが、次いで、急激に上昇して１時間で１６ｉｎｗｇを超えた。それと同時に、空気流量もまた７５ｆｔ３／分から２４ｆｔ３／分に下がった。
【００５９】
［例２：オイルスモーク充填］
試料Ｎは、積層ｅＰＴＦＥメンブレンフィルター媒体、部品番号Ｌ４４４５（表２参照）を用いて作られたフィルターエレメントを含んで成る遠心濾過デバイスとした。フィルター媒体は１００個のひだを有し、ひだの深さが０．６２５インチ、ひだの高さが５．７５インチであった。フィルター媒体の合計濾過面積は５ｆｔ２であった。フィルターエレメントに前述の試験システム１におけるオイルスモークを充填した。空気流量は４６ｆｔ３／分であり、これは空気／クロス比９．２ｆｔ／分に相当する。図９に示すように、フィルターデバイスを横切る圧力降下及び空気流量は、フィルターエレメントが１７時間充填され、濾過デバイスが３４５０ｒｐｍで回転する間一定のままであった。
【００６０】
試料Ｐは試料Ｎと同様であり、回転しないこと以外は同様の条件下で試験した。濾過デバイスをオイルスモークで５０時間攻撃した。図１０に示すように、圧力降下は１．３から２．５ｉｎｗｇに増加し、空気流量は４６から１ｆｔ３／分に低下した。
【００６１】
［例３：水性ミスト充填］
試料Ｑは、積層ｅＰＴＦＥメンブレンフィルター媒体、試料Ｌ４４４５（表２参照）を用いて作られたフィルターエレメントを含んで成る遠心濾過デバイスとした。フィルター媒体は１５０個のひだを有していた。ひだの深さは０．６２５インチ、フィルター媒体の高さは５．７５インチであった。フィルタークロスの合計面積は７．５ｆｔ２であった。このデバイスに前述の試験システム２における水性ミストを充填した。空気流量は７５ｆｔ３／分であり、これは空気／クロス比１０ｆｔ／分に相当する。濾過デバイスの回転速度は３４５０ｒｐｍであった。図１１に示すように、初期の圧力降下は４．５ｉｎｗｇであった。３時間後、圧力降下及び空気流量が安定した。次いで回転を停止した。圧力降下は、２分より短い時間で１６ｉｎｗｇまで急激に上昇し、空気流量は２０ｆｔ３／分に低下した。
【００６２】
［例４：水性ミスト充填］
試料Ｒは、積層ｅＰＴＦＥメンブレンフィルター媒体、部品番号Ｌ４４４５（表２参照）を用いて作られたフィルターエレメントを含んで成る遠心濾過デバイスであり、１５０個のひだを有していた。ひだの深さは０．６２５インチ、フィルター媒体の高さは５．７５インチであった。フィルター媒体の濾過面積は７．５ｆｔ２であった。空気／クロス比１０ｆｔ／分に相当する７５ｆｔ３／分の空気流量を用いて、前述の試験システム２における水性ミストをフィルターデバイスに充填した。フィルターの回転速度は３４５０ｒｐｍであった。１時間当たり１ガロンの水性ミストを６日間連続的にフィルターに充填した。図１２に示すように、デバイスを横切る初期の圧力降下は４．２ｉｎｗｇであり、時間が経つにつれて６ｉｎｗｇに増加した。空気流は７５ｆｔ３／分で一定のままであった。
【００６３】
フィルターＳはフィルターＲと同様であり、回転しないこと以外は同様の条件下で試験した。図１３に示すように、圧力降下は１．２ｉｎｗｇから初め１１時間で約１３ｉｎｗｇに上昇し、最終的に約３５時間を超えて１５．５ｉｎｗｇまで上昇した。それと同時に、空気流量がまた約２２ｆｔ３／分に低下した。
【００６４】
［例５：フィルターの集塵効率に関するシールの効果］
３つの異なるタイプの回転シールの封止効率を試験した。フィルターエレメント１０の上流側から下流側への粒子含有空気のバイパスを防ぐために、フィルターエレメントの開放したエンドキャップの間に回転シールを取り付けた。すべて上でより詳細に記載しているように、シールＡはＰＴＦＥと硫酸バリウムのパッキンリングを有する接触シール、シールＢは非接触の回転ガスシール、シールＣはファンブレードシールであった。
【００６５】
それぞれシールＡ、Ｂ及びＣを組み込んだ濾過デバイスＴ、Ｕ及びＶの濾過効率を、試験システム１を用いて測定した。濾過デバイスＴ、Ｕ及びＶは同様であり、それぞれ同じ積層ｅＰＴＦＥフィルター媒体、部品番号Ｌ４４４５（表２参照）を組み込んでいる。フィルター媒体は１５０個のひだを有し、ひだの深さが０．６２５インチ、ひだの高さが５．７５インチであった。フィルタークロスの合計面積は７．５ｆｔ２であった。フィルターエレメントは３４５０ｒｐｍで回転させた。粒子含有空気の流量は、空気／クロス比３０ｆｔ／分に相当する２２５ｆｔ３／分であった。シールの集塵効率を図１４に示す。
【００６６】
［例６：オイルミスト充填のＢＬＭＴ＋フィルター］
フィルターＷは、ｅＰＴＦＥフィルター媒体、部品番号Ｌ４４４５（表２参照）を用いて作られたフィルターエレメントを含んで成る遠心濾過デバイスであり、１５０個のひだを有していた。フィルター媒体のひだ深さは０．６２５インチ、フィルターエレメントの高さは５．７５インチであった。フィルターエレメントの濾過面積は７．５ｆｔ２であった。ＢＬＭＴタイプの半径方向流入式遠心濾過デバイスの中央キャビティ内に、このフィルターを取り付けた。ＢＬＭＴデバイスは、ＩｎｎｏｖａＴｅｃｈ（ノースカロライナ州、ダーラム）より入手可能なＩｎｎｏｖａＴｅｃｈ ＮｏｖａＭｉｓｔユニットであり、それぞれ外径１２インチ及び内径１０インチを有する０．０１７インチ厚さのアルミニウムディスクから作られた。ＢＬＭＴデバイスは、１ｍｍのギャップ間隔で取り付けた１８０個のディスクを含んでいた。試験システム１を用いて、コンビネーションフィルターデバイスにオイルミストを充填した。空気流量は、空気／クロス比３０ｆｔ／分に相当する７５ｆｔ３／分であった。デバイスの回転速度は３４５０ｒｐｍであった。
【００６７】
図１５に示すように、フィルターデバイスの初期の圧力降下は５．７ｉｎｗｇ（インチ水柱）であった。濾過デバイスをオイルミストを用いて約２２０ｍｇ／ｍ３の濃度で２６時間攻撃した。圧力降下は約６．０ｉｎｗｇで安定し、流量は一定のままであった。次いで、フィルターの回転を停止した。圧力降下は初め１．３ｉｎｗｇに低下したが、急激に上昇して２時間で１６ｉｎｗｇを超えた。空気流量もまた７５ｆｔ３／分から３７．５ｆｔ３／分に下がった。２．５時間後、濾過デバイスの回転を再開した。圧力降下は、１６ｉｎｗｇから元々の圧力降下と同じ５．７ｉｎｗｇに低下した。
【００６８】
［試験方法３］
第３の試験方法においては、使用した装置は試験方法１の装置と同様であった。しかしながら、この試験方法においては、粒子のサイズ及び含有量は、遠心濾過デバイスの除去効率を測定するのに用いられる計器を備えたユニットの下流で得た。この計器は、Ｍｅｔ−Ｏｎｅ Ｌａｓｅｒ Ｐａｒｔｉｃｌｅカウンタ（モデル＃２３７）であった。Ｍｅｔ−Ｏｎｅは、５つの異なるレンジについて累積及び微分計数を測定する５つのチャンネル出力を有するクラス１のレーザーに基づいたセンサーのパーティクルカウンタである。そのレンジは０．５μｍ、０．７μｍ、１．０μｍ、２．０μｍ、３．０μｍ及び５．０μｍである。空気流の２分の１の試料を、このユニットから出口ダクト７１４の試料ポートを介して得た。試料速度は０．１ｃｆｍであった。測定は３０分ごとに４回行った。次いで、カウントを互いに平均して各操作について質量を算出した。
【００６９】
［例７］
遠心濾過デバイスの濾過性能を試験方法３に従って試験した。遠心濾過デバイス、試料Ｘは、部品番号Ｌ４４４５材料を用いたひだのついた円筒形の濾過媒体を含んでいた。この濾過媒体は、フィルターＷで使用したものと同様のＢＬＭＴデバイスに取り付けた。図１６に示すように、測定は、４つの操作のうちに及び各操作の間に行い、濾過デバイスは、異なる速度、即ち、０ｒｐｍ、６００ｒｐｍ、１７２５ｒｐｍ、及び３４５０ｒｐｍで回転させた。各操作の開始時には、粒子含有空気流量は２００ｃｆｍにセットし、各操作が進行するにつれて、濾過デバイスを横切る圧力降下は一定に保持されるので、フィルター媒体表面上に微粒子が蓄積することにより空気流量が低下する。このデバイスをオイルミストで攻撃し、図１６に示すように、濾過デバイスの回転速度を増すことによって、濾過媒体表面上に粒子が蓄積するのを低減した。回転速度１７２５ｒｐｍ及び３４５０ｒｐｍでは、濾過デバイスは、それぞれ約１７０ｃｆｍ及び１８０ｃｆｍで実質的に定常な状態の流れを達成するのに対して、０ｒｐｍ及び６００ｒｐｍでは、濾過媒体が塞がってしまう。
【００７０】
図１７は、ひだのない円筒形濾過媒体を使用した以外は、試料Ｘと同様の濾過デバイスの初期質量除去効率を示す。質量除去効率は、デバイスが３４５０ｒｐｍで２００ｃｆｍの空気流量で以って回転した場合に、濾過デバイスの通過を妨げられた微粒子質量の割合として算出した。図１７に示すように、本発明のｅＰＴＦＥ積層体の初期濾過性能は、非積層のポリプロピレン及びポリエステルのフェルトよりも相当に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に従ったフィルターエレメントの実施態様についての斜視図である。
【図２】本発明のフィルターエレメントに使用できるひだ状フィルター媒体の斜視図である。
【図３】本発明の遠心濾過デバイスの第１実施態様についての側断面図である。
【図４】本発明の遠心濾過デバイスの第２実施態様についての側断面図であり、境界層運動量移動デバイスを含む。
【図５Ａ】本発明に従ったリップタイプの接触シールについての拡大図である。
【図５Ｂ】本発明に従ったブレード・イン・チャンネルタイプの非接触シールについての拡大図である。
【図５Ｃ】本発明に従ったブレード・イン・チャンネルタイプの非接触シールについての代替の実施態様における拡大図である。
【図５Ｄ】本発明に従った蛇行経路タイプの非接触シールについての拡大図である。
【図５Ｅ】本発明の蛇行経路タイプの非接触シールについての代替の実施態様における拡大図である。
【図５Ｆ】本発明の蛇行経路タイプの非接触シールについての、さらに別の代替の実施態様における拡大図である。
【図６Ａ】本発明に従ったファンブレードタイプの非接触シールを組み込んだ遠心濾過デバイスの実施態様における側断面図である。
【図６Ｂ】図６Ａにおける断面ＡＡ’の底面図であり、本発明の遠心濾過デバイス上に取り付けられたファンブレードを示している。
【図７】本発明の遠心濾過デバイスを試験するのに用いる装置を示す図である。
【図８】デバイスが３４５０ｒｐｍで回転するオイルミストの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図９】デバイスが３４５０ｒｐｍで回転するオイルスモークの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１０】デバイスが０ｒｐｍで回転するオイルスモークの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１１】デバイスが３４５０ｒｐｍ及び０ｒｐｍで回転する水性ミストの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１２】デバイスが３４５０ｒｐｍで回転する水性ミストの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１３】デバイスが０ｒｐｍで回転する水性ミストの濾過試験の間、遠心濾過デバイスを横切る時間に関して圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１４】デバイスが３４５０ｒｐｍで回転する様々なタイプの回転シールを用いた本発明の遠心濾過デバイスにおいて、粒子サイズに関して粒子の集塵効率の変化を示すプロットである。
【図１５】デバイスが３４５０ｒｐｍで回転するオイルミストの濾過試験の間、境界層運動量移動デバイスを含む遠心濾過デバイスを横切る時間に関して、圧力降下と流量の変化を示すプロットである。
【図１６】オイルミストの濾過試験の間、境界層運動量移動デバイスを含む遠心濾過デバイスを横切る一定の圧力降下及び様々な回転速度での時間に関して、流量の変化を示すプロットである。
【図１７】異なるタイプの積層及び非積層濾過媒体の質量除去効率を示すチャートである。
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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