(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
穿孔した円筒状逆流防止器（３）および穿孔した円筒状コア（４）の間に位置する、プリーツ型の円筒状のフィルター要素（２）を有する媒体のろ過のためのフィルターであって、該フィルター要素（２）はプリーツ型の折り畳み（５、７）に配置され、円筒状逆流防止器（３）の半径（９）およびコア（４）の半径（１０）の差より大きな第一の折り畳み高さ（６）を有する複数の折り畳み（５）が、コア（４）の外表面（１１）から離れる方向に向かい、第二の短い折り畳み高さ（８）の折り畳み（７）が、少なくとも１つの第二の短い折り畳み高さ（８）を有し、逆流防止器（３）に隣接して放射状に配置され、第一の折り畳み高さ（６）の折り畳み（５）に交互に隣接するように提供され、
短い第二の折り畳み高さ（８）の折り畳み（７）は、その端部（１４）が、逆流防止器（３）から離れる方向に向かって、コア（４）の半径（１０）に、逆流防止器（３）の半径（９）およびコア（４）の半径（１０）の差の４分の１以上を加えた仮想半径（１５）上でほぼ終端し、第一の折り畳み高さ（６）の折り畳み（５）の各々は、前記仮想半径（１５）内にある領域において、半径方向の直線（１２）に関して１５°より大きな傾斜角度（１３）を有し、折り畳み（５）の仮想半径（１５）内側の傾斜角度は、折り畳み（５）の仮想半径（１５）外側の傾斜角度より大きいことを特徴とする、前記フィルター。
【請求項２】
短い折り畳み高さ（８）を具備する折り畳み（７）の数が、第一の折り畳み高さ（６）を具備する折り畳み（５）の数の半分または半分未満であることを特徴とする、請求項１に記載のフィルター。
【請求項３】
短い折り畳み高さ（８）を具備する折り畳み（７）の数が、第一の折り畳み高さ（６）を具備する折り畳み（５）の数に相当することを特徴とする、請求項１に記載のフィルター。
【請求項４】
第一の折り畳み高さ（６）を具備する折り畳み（５）の各々が、２５°より大きな傾斜角度（１３）を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項５】
第一の折り畳み高さ（６）を具備する折り畳み（５）の各々が、４０°より大きな傾斜角度（１３）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項６】
フィルター要素（２）が、１つ以上の排水またはスペーサー材料の層、かん流中の選択的な分離特性を具備する１つ以上のフィルター材料の層、および、最後に別の１つ以上の排水および／またはスペーサー材料の層をこの順序配置で構成することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のフィルター。
【請求項７】
フィルター材料が、ポリエーテルスルホンまたはポリアミドまたはフッ化ポリビニリデン、もしくは、セルロース混合エステル、酢酸セルロースおよび／または硝酸セルロース等のセルロース誘導体、またはセルロースまたはポリプロピレンまたはポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンおよび／または延伸ポリテトラフルオロエチレンまたはポリ塩化ビニルから作られる、ポリマー多孔質膜を使用して形成されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルター。
【請求項８】
フィルター材料が、鉱物繊維またはポリマー繊維ろ過媒体、もしくは、スプンライドまたはメルト-ブロウンスプンライドまたはステープルファイバーウェブまたはカードウェブ等の結合および／もしくは非結合の不織布を使用して、または、セルロースまたはポリエステル、または、ＰＥもしくはＰＰ等のポリオレフィン、またはガラス繊維またはガラス超極細繊維を使用して形成されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルター。
【請求項９】
フィルター材料が、布またはポリマーで作られる押出網を使用して形成されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルター。
【請求項１０】
フィルター材料が、ポリアミドまたはポリエーテルスルホンまたは酢酸セルロースから作られる修飾ポリマー膜等の機能性の多孔質ろ過媒体を使用して形成されることを特徴とする、請求項６に記載のフィルター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒体のろ過のためのフィルターに関し、穿孔した円筒状逆流防止器および穿孔した円筒状コアの間に位置する、プリーツ型の円筒状フィルター要素を有し、該フィルター要素はプリーツ型の折り畳みに配置され、複数の折り畳みは、円筒状逆流防止器の半径およびコアの半径の差より大きな第一の折り畳み高さを有し、各々が傾斜した角度で半径方向の直線に関して傾斜されて、コアの外表面から離れる方向に向かう。
【背景技術】
【０００２】
最適化されたプリーツおよび／または折り畳みの幾何学は、円筒形状フィルター要素におけるスター形状プリーツ折り畳み配置の古典的な問題を回避するために利用される。この折り畳み配置は、コアのところの最小の円周上においては共に強固に押し付けられる、同一の折り畳み高さの放射状の折り畳みとして装備されるが、逆流防止器のところのの外周においては、互いに離れた状態で配置される。このように、  提供される空間の大部分は、フィルター材料で満たすことができず、外側領域におけるフィルター要素の機械的安定性は、間に位置する自由空間における折り畳みの動きの可能性により低下する。２つの膜の層で達成されるフィルター表面は、要素１０インチ毎に約０．５〜０．７平方メートルである。
【０００３】
フィルター表面の増加は、より薄いフィルター材料を使用して、または特により薄い排水および／またはスペーサー材料によって達成されることが多い。フィルター要素毎の折り畳みの数、ひいてはフィルター表面はそれゆえ増加する。不都合な影響は、これらより薄い材料から作られる折り畳みは、機械的安定性が減少していることである。さらに、より薄い排水および／またはスペーサー材料を使用する場合、折り畳みの間に位置するフィルター材料への流入物が、より増加した流れ抵抗を伴ってしまう。結果として、より大きなフィルター表面を有するにも拘らず、スループット性能は落ちる可能性がある。これ以上に、流入物が、折り畳みの間の中間空間の端部領域まで通過していくことができない、またはエアポケットが形成されるという危険性がある。よって、これらの領域におけるフィルター表面は機能しないものとなる。
基本的な努力は、スループットの機能および耐用年数としてのろ過性能を増加させることにある。
【０００４】
同じパテントファミリーに属する、ＤＥ６９３２９１１８Ｔ２、ＤＥ６９３３４０４５Ｔ２およびＤＥ６９３３３４３０Ｔ２は、逆流防止器およびコアの間に位置する、プリーツ型の円筒状フィルター要素を有するフィルターを開示している。このフィルター要素は多重の層で形成され、外側シリンダーの半径およびコアの半径の間の差より大きな折り畳み高さを有するプリーツ型の折り畳みとして配置される。この折り畳みは、接線方向においてコアの外周面から離れる方向に湾曲形状であり、半径方向の直線に関して傾斜した角度を有する。
【０００５】
ここで折り畳み高さは大幅に増加していてよく、これら過大な大きさの折り畳みは、外側シリンダーに向けて接線方向に次第に傾斜され、これまでフィルター材料で満たされていなかった空間が外側シリンダーまで満たされるようにされてもよい。
【０００６】
しかしながら、この既知のフィルターにおける折り畳みの間でかん流（ｐｅｒｆｕｓｅ）しなければならない長い中間空間は不都合である。流入物が、折り畳みの間の中間空間の端部領域まで通過していくことができない、または、エアポケットが形成される危険性がある。そして、これらの領域におけるフィルター表面は機能しないものとなる。
【０００７】
さらにまた、ＤＥ３９３５５０３Ｃ２は、フィルター材料から作られるリングフィルター要素を開示しており、フィルター材料は、放射状に配向され半径深さ方向において異なる長さを有し、より短いものは半径方向において外側に位置する折り畳みを具備するジグザグ形状で折り畳まれている。ここで、少なくとも２つの長い折り畳みが各短い１つの次に来なければならず、短いおよび長い折り畳みの各々は、外周全体に渡って見ると同じ半径深さを有する。
【０００８】
これら半径方向に配置された、長い折り畳みおよびその間の短い折り畳みの場合、利用できるフィルター表面が比較的小さいという不都合が生じ、不十分なろ過性能をもたらす。さらにまた、そのようなフィルターの安定性には改良が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、これらの性能および特にこれらの耐用年数が増加される一方で、同時にフィルター要素の好適な機械的安定性が維持されるように、既知のフィルターを改良することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、請求項１の前文とともに、少なくとも１つの第二の短い折り畳み長さを有する複数の折り畳みが提供され、第二の短い折り畳み長さの折り畳みが、逆流防止器に隣接して放射状に配置され、第一の折り畳み高さの折り畳みに交互に隣接するということにより、達成される。
【００１１】
短い折り畳みは、外側に向かう半径方向においてより大きく外周を満たす。利用可能な円周はコアに向かって減少するため、長い折り畳みは内側の方にも残り、および／または、コアにおいて終端し、一方で短い折り畳みは、外側から見た場合、コアと逆流防止器との間で終端する。内側の方にも残り、傾斜した角度で半径方向の直線に関して傾斜した長い折り畳みは、外周の領域において、間に挿入される第二の短い折り畳み高さを具備する折り畳みの間を通って逆流防止器に向かって続いており、高い機械的な強度を有する。驚くことに、耐用年数の観点における性能は大きく増加する。その高い機械的な安定性および好適なスループットと組み合わされたその増加した耐用年数の結果として、本発明によるフィルターはまた、圧力変動および／または圧力衝撃を伴う産業上の利用性、および、過熱水蒸気を伴う滅菌において起こる熱負荷に適している。
【００１２】
本発明の好ましい態様によれば、短い折り畳み高さを具備する折り畳みの数は、第一の高い折り畳み高さを具備する折り畳みの数の半分である。これは、第一の長い折り畳み高さを具備する折り畳みおよび第二の短い折り畳み高さを具備する折り畳みの間の２：１の折り畳み比率を意味する。
【００１３】
本発明のさらに好ましい態様によれば、短い折り畳み高さを具備する折り畳みの数は、第一の折り畳み高さを具備する折り畳みの数に相当する。したがって、第一の長い折り畳み高さを具備する折り畳み、および、第二の短い折り畳み高さを具備する折り畳みの間の比率は１：１である。本発明のさらに好ましい態様によれば、短い第二の折り畳み高さの折り畳みは、逆流防止器から離れた側のその端部において、コアの半径に、逆流防止器の半径およびコアの半径の差の４分の１を加えた以上の仮想半径上でほぼ終端する。コアの半径に、逆流防止器の半径およびコアの半径の差の半分を加えたものとほぼ同一である仮想半径もまた有利であることが証明された。
【００１４】
第一の折り畳み高さの折り畳み各々は、少なくとも、第二の折り畳み高さの折り畳みに隣接しない領域、すなわち、仮想半径内にある領域において、１５°より大きな傾斜角度を有する。
例えば、内側シリンダーに近い領域における２０°の傾斜角度は、折り畳み比率２：１において有利であることが証明された。
【００１５】
本発明のさらに好ましい態様によれば、第一の折り畳み高さを具備する折り畳みの各々は、２５°より大きな傾斜角度を有する。第一の折り畳み高さを具備する折り畳みの各々が、４０°より大きな傾斜角度を有することはより好ましい。例えば、傾斜角度５０°は、折り畳み比率１：１における水の浸透の観点から有利であることが証明された。
さらに典型的な態様において、傾斜角度６０°は、折り畳み比率１：１における耐用年数の観点から特に有利であることが証明された。
【００１６】
本発明のさらに好ましい態様によれば、フィルター要素は、１つ以上の排水またはスペーサー材料の層、かん流中の選択的な分離特性を具備する１つ以上のフィルター材料の層、および、最後に別の１つ以上の排水および／またはスペーサー材料の層をこの順序配置で構成する。
【００１７】
ここで、フィルター材料は、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）またはポリアミドまたはフッ化ポリビニリデン、もしくは、セルロース混合エステル、酢酸セルロースおよび／または硝酸セルロース等のセルロース誘導体、またはセルロースまたはポリプロピレンまたはポリエチレンまたはポリテトラフルオロエチレンおよび／または延伸ポリテトラフルオロエチレンまたはポリ塩化ビニルから作られる、ポリマー多孔質膜を使用して形成されてもよい。フィルター材料はまた、鉱物繊維またはポリマー繊維ろ過媒体、もしくは、スプンライド（ｓｐｕｎｌａｉｄ）またはメルト-ブロウンスプンライドまたはステープルファイバーウェブまたはカードウェブ等の結合および／もしくは非結合の不織布を使用して、または、セルロースまたはポリエステル、または、ＰＥもしくはＰＰ等のポリオレフィン、またはガラス繊維またはガラス超極細繊維を使用して形成されてもよい。最後に、フィルター材料を、布または上記ポリマーで作られる押出網を使用して形成することも可能である。
【００１８】
フィルター材料を、ポリアミドまたはポリエーテルスルホンまたは酢酸セルロースから作られる修飾ポリマー膜等の機能性の多孔質ろ過媒体を使用して形成することも可能である。
本発明のさらなる詳細は、以下の広範囲な説明および本発明の好ましい態様が例示的に示される添付の図面から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、フィルターの第一の態様の拡大図および断面図である。
【図２】図２は、フィルターの第二の態様の拡大図および断面図である。
【図３】図３は、フィルターの第三の態様の拡大図および断面図である。
【図４】図４は、従来技術による比較用フィルターの拡大図および断面図である。
【図５】図５は、部分的に示されたフィルター要素を具備する、図１のフィルターの態様の拡大図および断面図である。
【図６】図６は、部分的に示されたフィルター要素を具備する、図２のフィルターの態様の拡大図および断面図である。
【図７】図７は、部分的に示されたフィルター要素を具備する、図３のフィルターの態様の拡大図および断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
典型的な態様
フィルター１は、実質的にフィルター要素２、逆流防止器３およびコア４から成る。
フィルター要素２は、多重の層で形成され、第一の折り畳み高さ６を具備する第一の折り畳み５および第二の折り畳み高さ８を具備する第二の折り畳み７のプリーツ型で配置される。
【００２１】
第一の折り畳み５の第一の折り畳み高さ６は、逆流防止器３（例えば、外側シリンダー）の半径（内側半径）９およびコア４（例えば、内側シリンダー）の半径（外側半径）１０の間の差より大きい。
【００２２】
第一の折り畳み高さ６の第一の折り畳み５の各々は、第二の折り畳み高さ８の折り畳み７に隣接せず、コア４の外表面１１から離れるその領域において、半径方向の直線１２に関して傾斜角１３を有する。
短い第二の折り畳み高さ８の第二の折り畳み７は、逆流防止器３から離れる方向のその端部１４において、コアの半径１０に、逆流防止器３の半径９およびコア４の半径１０の差の２分の１を加えた以上の仮想半径１５上でほぼ終端する。結果的に、仮想半径１５は、２つの半径９、１０の合計の少なくとも半分に相当する。
【００２３】
図１〜３における態様による４つの異なるフィルター要素２と、図４における従来技術による２つの比較フィルター要素について、フィルター性能が、耐用年数および水浸透の関数として測定された。
耐用年数の測定の説明：
耐用年数の測定は、実験室条件下で制御できる、一定容積を有する精密ろ過要素のブロックが可能な水性液体溶液を使用して行われる。
【００２４】
モデル溶液は、ＫＳＥコーヒー代替抽出溶液、Art.No.061114、Gunzburger  Nahrungsmittelfabrik  Gebr.  Strehle  GmbH、  Auweg  1、  89312  Gunzburg、およびOvomaltine  NF  500g、  Art.No.2300028、  Importhaus  Wilms、  Heinrich-Hertz-StraBe2、65232  Taunussteinの希釈水溶液から成る。測定は、溶液をフィルターハウジング1/1、STD、T-type、Liquids、Order  No.7S11LEN00147、Sartorius  Stedim  Biotechの中へ送り込むこと、および、フィルターハウジングの入口および出口の間の差圧のための差圧測定デバイスによって実施される。ろ過された溶液の質量が決定される。測定は、測定の間にろ過された流量が登録された最大流量の５％にひとたび到達したら終了する。時間内にこのポイントまでろ過された溶液の量が、耐用年数測定結果である。溶液の温度２０℃；フィルターハウジングのろ過された液が存在する入口および出口の間の差圧は、一定レベルに維持される。
【００２５】
フィルター要素の水浸透の定義：
浸透は、ろ過された液が存在する入口および出口の間の差圧０．５ｂａｒで、フィルターハウジングに落ちするフィルター要素を介して浸透する水の質量流量として定義される。
【００２６】
水浸透の測定の説明：
試験のための構成は、フィルターハウジング1/1、STD、T-type、Liquids、Order  No.7S11LEN00147、Sartorius  Stedim  Biotechから成る。さらにまた、フィルターハウジングの入口および出口の間の差圧のための差圧測定装置、および、水の体積流量を測定するための流量計がフィルターハウジング上に設置される。水の温度は２０℃。浸透測定は、常に差圧０．５ｂａｒで設定されて実施される。
【００２７】
例Ａ（図１）
Ex. C、Batch  10022583による図１に相当する２つのフィルター要素が製造された。該フィルター要素での試験およびテストによって以下の結果がもたらされた。
【表１】
0005818911.tif 000002
フィルター要素の部品表
内径（２×Ｒ９）
逆流防止器３：６８ｍｍ
外径（２×Ｒ１０）
コア４：３２ｍｍ
排出材料の内側
（ろ過側）：novatexx 2035
排出材料の外側
（流入側）：A: novatexx 2035
：A1: 押出網
前置フィルター材料：PESU, SSB type 15445, Batch 1050433
Roll 107
最終フィルター材料：PESU, SSB type 15407, Batch 1050313
Roll 4
【００２８】
例Ｂ（図２）
Ex. C、Batch  10002883(1)による図２に対応するフィルター要素が製造された。該フィルター要素での試験およびテストによって以下の結果がもたらされた。
【表２】
0005818911.tif 000003
フィルター要素の部品表
内径（２×Ｒ９）
逆流防止器３：６８ｍｍ
外径（２×Ｒ１０）
コア４：３８ｍｍ
排出材料の内側
（ろ過側）：novatexx 2035
排出材料の外側
（流入側）：novatexx 2035
前置フィルター材料：PESU, SSB type 15445, Batch 1050433
最終フィルター材料：PESU, SSB type 15407, Batch 1050313
【００２９】
例Ｃ（図３）
Ex. C、Batch  10002883(1)による図３に対応するフィルター要素が製造された。該フィルター要素での試験およびテストによって以下の結果がもたらされた。
【表３】
0005818911.tif 000004
フィルター要素の部品表
内径（２×Ｒ９）
逆流防止器３：６８ｍｍ
外径（２×Ｒ１０）
コア４：３８ｍｍ
排出材料の内側
（ろ過側）：novatexx 2035
排出材料の外側
（流入側）：novatexx 2035
前置フィルター材料：PESU, SSB type 15445, Batch 1050433
最終フィルター材料：PESU, SSB type 15407, Batch 1050313
【００３０】
例Ｖ１（ウェブ）
Ex. C、Batch  10027783による従来技術による図４に対応するフィルター要素が製造された。該フィルター要素での試験およびテストによって以下の結果がもたらされた。
【表４】
0005818911.tif 000005
フィルター要素の部品表
内径（２×Ｒ９）
逆流防止器３：６８ｍｍ
外径（２×Ｒ１０）
コア４：３８ｍｍ
排出材料の内側
（ろ過側）：novatexx 2035
排出材料の外側
（流入側）：novatexx 2035
前置フィルター材料：PESU, SSB type 15445, Batch 1050433
最終フィルター材料：PESU, SSB type 15407, Batch 1050313
【００３１】
例Ｖ２（網）
Ex. C、Batch  10027783による従来技術による図４に対応するフィルター要素が製造された。該フィルター要素での試験およびテストによって以下の結果がもたらされた。
【表５】
0005818911.tif 000006
フィルター要素の部品表
内径（２×Ｒ９）
逆流防止器３：６８ｍｍ
外径（２×Ｒ１０）
コア４：３８ｍｍ
排出材料の内側
（ろ過側）：novatexx 2035
排出材料の外側
（流入側）：押出網
前置フィルター材料：PESU, SSB type 15445, Batch 1050433
最終フィルター材料：PESU, SSB type 15407, Batch 1050313
【００３２】
以下の例は比較可能である。
Ｖ１を具備する例Ａ
Ｖ１およびＡを具備する例ＢおよびＣ
【表６】
0005818911.tif 000007
Ｖ１またはＡ１を具備する例ＢおよびＣを比較した場合、例におけるより小さなフィルター表面にも関わらず（理由：コアの外径が大きい）、例Ａに示すような本発明によるプリーツ型に基づいて達成される従来技術に関連して、ろ過性能の顕著な増加が明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１．フィルター
２．フィルター要素
３．逆流防止器
４．コア
５．第一の折り畳み
６．第一の折り畳み高さ
７．第二の折り畳み
８．第二の折り畳み高さ
９．半径（逆流防止器）
１０．半径（コア）
１１．外表面（コア）
１２．半径方向の直線
１３．傾斜角度
１４．端部
１５．仮想半径
【図１】
0005818911.tif 000008
【図２】
0005818911.tif 000009
【図３】
0005818911.tif 000010
【図４】
0005818911.tif 000011
【図５】
0005818911.tif 000012
【図６】
0005818911.tif 000013
【図７】
0005818911.tif 000014