(57)【要約】フィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体が開示される。フィルタ組立て体は円筒状カーボン・ブロック・フィルタ要素と、このカーボン・ブロック・フィルタ要素の半径方向外面周りに配置される円筒状プリーツ・フィルタ要素とを備える。このフィルタ組立て体はろ液が初めにプリーツ・フィルタ要素を通過し、半径方向外面を通ってカーボン・ブロック・フィルタ要素に流入し、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔にかけて半径方向内側に流動し、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔に沿って流れ、軸方向孔から出口を通って流出するように、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔と連通している出口を備える。
2006523529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  半径方向外面、上側端面、下側端面および軸方向孔を有する円筒状カーボン・ブロック・フィルタ要素と、
（ｂ）  前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の半径方向外面周りに配置される円筒状プリーツ・フィルタ要素と、
（ｃ）  ろ液が初めに前記プリーツ・フィルタ要素を通過し、前記半径方向外面を通って前記カーボン・ブロック・フィルタ要素に流入し、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔にかけて半径方向内側に流動し、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔に沿って流れ、前記軸方向孔から出口を通って流出するように、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔と連通している出口と
を備えるフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体。
【請求項２】
前記プリーツ・フィルタ要素が膜構造体を備える請求項１記載のフィルタ組立て体。
【請求項３】
前記膜構造体が約０．０５から約５ミクロンの間の平均孔サイズを有する請求項２記載のフィルタ組立て体。
【請求項４】
前記膜構造体が約１３０から約３００ミクロンの間の厚さを有する請求項２記載のフィルタ組立て体。
【請求項５】
前記膜構造体が次の構造体からなる群から選ばれる請求項２記載のフィルタ組立て体。
ら旋プリーツ膜構造体、放射プリーツ膜構造体、直線状非放射プリーツ膜構造体、中心軸に直角に配向したプリーツを備える膜構造体、放射Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体、ら旋Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体、改良されたＷ−形プリーツ構造体およびこれらのいずれかの組み合わせ
【請求項６】
前記膜構造体が互いに最上部に配置される複数の層を備える請求項２記載のフィルタ組立て体。
【請求項７】
前記複数の層の少なくとも２層が異なるろ過特性を有する請求項６記載のフィルタ組立て体。
【請求項８】
前記膜構造体が傾斜気孔率構造を有する請求項２記載のフィルタ組立て体。
【請求項９】
前記膜構造体が異なる平均孔サイズを有する複数の層を備える請求項８記載のフィルタ組立て体。
【請求項１０】
隣り合ういずれか２つの層について、上流層の平均孔サイズが下流層の平均孔サイズよりも大きい請求項９記載のフィルタ組立て体。
【請求項１１】
前記膜構造体が約０．６５ミクロンの平均孔サイズを有する上流層および中間層と、約０．２ミクロンの平均孔サイズを有する下流層とを備える請求項９記載のフィルタ組立て体。
【請求項１２】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素が排液層を備える請求項２記載のフィルタ組立て体。
【請求項１３】
前記排液層が前記膜構造体を支持する請求項１２記載のフィルタ組立て体。
【請求項１４】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素が前記排液層と前記膜構造体との間に配置される緩衝層を備える請求項１２記載のフィルタ組立て体。
【請求項１５】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素周りに配置されるプレフィルタを備え、これにより、ろ液が前記プリーツ・フィルタ要素を通過する前に、前記プレフィルタを通って流れる請求項１記載のフィルタ組立て体。
【請求項１６】
前記プレフィルタが次の群から選ばれる材料で製作される請求項１５記載のフィルタ組立て体。
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、樹脂結合繊維、非結合繊維、合成繊維、焼結材料、金属、セラミックス、糸、特殊ろ紙、ポリマー膜およびこれらのいずれかを組み合わせた材料
【請求項１７】
さらに、前記プレフィルタ周りに配置される保護ネットを備える請求項１５記載のフィルタ組立て体。
【請求項１８】
さらに、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の上側端面と連結される上側エンド・キャップを備える請求項１記載のフィルタ組立て体。
【請求項１９】
さらに、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の下側端面と連結される下側エンド・キャップを備える請求項１記載のフィルタ組立て体。
【請求項２０】
（ａ）  半径方向外面、上側端面、下側端面および軸方向孔を有する第１のフィルタ要素と、
（ｂ）  前記第１のフィルタ要素の半径方向外面周りに配置される第２のフィルタ要素と、
（ｃ）  ろ液が初めに前記第２のフィルタ要素を通過し、前記半径方向外面を通って前記第１のフィルタ要素に流入し、前記第１のフィルタ要素の軸方向孔にかけて半径方向内側に流動し、前記第１のフィルタ要素の軸方向孔に沿って流れ、前記軸方向孔から出口を通って流出するように、前記第１のフィルタ要素の軸方向孔と連通している出口と
を備え、前記第１のフィルタ要素がろ液に望ましくない匂いまたは味を与える化合物を吸収するのに有効な材料から製作され、前記第２のフィルタ要素がろ液から微生物を取り除くのに有効であるプリーツ・フィルタ要素を備えるフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体。
【請求項２１】
前記第１のフィルタ要素がカーボン・ブロック・フィルタ要素である請求項２０記載のフィルタ組立て体。
【請求項２２】
前記プリーツ・フィルタ要素が膜構造体を備える請求項２０記載のフィルタ組立て体。
【請求項２３】
前記膜構造体が約０．０５から約５ミクロンの間の平均孔サイズを有する請求項２２記載のフィルタ組立て体。
【請求項２４】
前記膜構造体が約１３０から約３００ミクロンの間の厚さを有する請求項２２記載のフィルタ組立て体。
【請求項２５】
前記膜構造体が次の構造体からなる群から選ばれる請求項２２記載のフィルタ組立て体。
ら旋プリーツ膜構造体、放射プリーツ膜構造体、直線状非放射プリーツ膜構造体、中心軸に直角に配向したプリーツを備える膜構造体、放射Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体、ら旋Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体、改良されたＷ−形プリーツ構造体およびこれらのいずれかの組み合わせ
【請求項２６】
前記膜構造体が互いに最上部に配置される複数の層を備える請求項２２記載のフィルタ組立て体。
【請求項２７】
前記複数の層の少なくとも２層が異なるろ過特性を有する請求項２６記載のフィルタ組立て体。
【請求項２８】
前記膜構造体が傾斜気孔率構造を有する請求項２２記載のフィルタ組立て体。
【請求項２９】
前記膜構造体が異なる平均孔サイズを有する複数の層を備える請求項２８記載のフィルタ組立て体。
【請求項３０】
隣り合ういずれか２つの層について、上流層の平均孔サイズが下流層の平均孔サイズよりも大きい請求項２９記載のフィルタ組立て体。
【請求項３１】
前記膜構造体が約０．６５ミクロンの平均孔サイズを有する上流層および中間層と、約０．２ミクロンの平均孔サイズを有する下流層とを備える請求項２９記載のフィルタ組立て体。
【請求項３２】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素が排液層を備える請求項２２記載のフィルタ組立て体。
【請求項３３】
前記排液層が前記膜構造体を支持する請求項３２記載のフィルタ組立て体。
【請求項３４】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素が前記排液層と前記膜構造体との間に配置される緩衝層を備える請求項３２記載のフィルタ組立て体。
【請求項３５】
さらに、前記プリーツ・フィルタ要素の周りに配置されるプレフィルタを備え、これによりろ液が前記プリーツ・フィルタ要素を通過する前に、前記プレフィルタを通って流れる請求項２０記載のフィルタ組立て体。
【請求項３６】
前記プレフィルタが次の群から選ばれる材料で製作される請求項３５記載のフィルタ組立て体。
ポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、樹脂結合繊維、非結合繊維、合成繊維、焼結材料、金属、セラミックス、糸、特殊ろ紙、ポリマー膜およびこれらのいずれかの組み合わせからなる材料
【請求項３７】
さらに、前記プレフィルタの周りに配置される保護ネットを備える請求項３５記載のフィルタ組立て体。
【請求項３８】
さらに、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の上側端面と連結される上側エンド・キャップを備える請求項２０記載のフィルタ組立て体。
【請求項３９】
さらに、前記カーボン・ブロック・フィルタ要素の下側端面と連結される下側エンド・キャップを備える請求項２０記載のフィルタ組立て体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明はろ過装置に係り、特にフィルタ・カートリッジ内に収容されるように構成されるフィルタ組立て体に関する。本発明によるフィルタ組立て体はカーボン・ブロック・フィルタ要素と、そのカーボン・ブロック・フィルタ要素の半径方向外面を取り囲むプリーツ・フィルタ要素とを備える。
【０００２】
２．関連技術の背景
世界の大部分の領域で飲料または蛇口水は多量の有害ないし不快な化学物質、浮遊粒子および微生物を含有する。様々な状況の中でこれらの汚染物質は水が使用される前に、除去しなければならない。市営の水処理プラントがこの問題に取り組むことを試みているが、多くの個人および組織はそのような努力が不十分であることに気がつき、オン・サイト形水処理装置を利用している。このフィルタはしばしば冷蔵庫の製氷機または水分配器のような機器内に組み込まれる。
【０００３】
活性炭を備えるフィルタ要素は水から、たとえば塩素、硫化水素、農薬、除草剤、フェノール類、クロロフェノールおよび炭化水素のような化学物質を取り除く場合に有効であることが知られている。このような汚染物質の除去は通常ろ過された水の味、匂いおよび外観を向上させる。それにもかかわらず、大部分の炭素質フィルタ要素はバクテリア、ウィルスまたは他の微生物を取り除くのに十分に優れているといえない。この目的のために炭素質フィルタ要素と共に多様な微小孔性フィルタ要素がろ過装置に組み入れられた。バクテリア、ウィルスおよび他の微生物を除去するときに有効であることが知られた微小孔性フィルタ要素は米国特許第3,526,001号明細書に開示されるような微小孔性中空繊維、米国特許第6,113,784号明細書に開示されるような微小孔性膜（明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。）および同等の働きを果たす能力のある、他の構造物を含む。
【０００４】
ムラムツらに付与された米国特許第5,092,990号明細書は円筒状ケーシングと、円筒状ケーシング内に収容されるフィルタ要素とを備えるフィルタ装置について記述する。一実施例によれば、このフィルタ要素は波状ろ過膜と、ろ過膜の内面と接する支持ネットとを備える。波状ろ過膜はろ布から製作され、円筒状輪郭を有し、活性炭粒子からなるプレコート層がろ過膜の外面に形成されている。支持ネットの内部には中空繊維ユニットが配置される。ろ過される水は波状ろ過膜の外面を通り、ろ過ユニット内に流入し、支持ネットを通過して中空繊維を経て上方に向かって流動した後、フィルタ要素から上部の中央開口を通って流出する。
【０００５】
米国特許第5,092,990号明細書に開示されるプレコート設計は多くの不利がある。たとえば、膜の外面に活性炭からなる層を備えるように被覆することは膜の気孔率を制限し、この結果、被覆された膜のろ過能力が比較的劣ることになる。これに加えて、プレコート設計はカーボン層の深さが十分でなく、厚さが不均一になり、あるいはおそらく膜にむきだしになった箇所さえも生じる。
【０００６】
ソロモンらに付与された米国特許第4,714,546号明細書はフィルタのハウジング内部の水不浸透管と、この管を取り囲む管状プリーツ・フィルタ要素と、管内部に配置された活性炭とを有する可搬式水フィルタを開示する。運転の際、入口から流れる水の一部は管状プリーツ・フィルタ要素を通って流れ、活性炭フィルタ要素を経て第２の出口に流動する。入口から流れる水の別の一部は管状プリーツ・フィルタ要素を洗うためにプリーツ・フィルタ要素に沿って流れ、第１の出口から流出する。プリーツ・フィルタ要素を半径方向に流れる水は、この後、底部の開口位置で水不浸透管に入り、管内を上方に流れ、最終的にハウジングの上部にある第２の出口を通って流出する。
【０００７】
ジューエルらに付与された米国特許第4,828,698号明細書は円筒状に形成された多孔質手段と、円筒状に形成された吸着材手段と、円筒状に形成された微小孔性手段とを備える円筒状フィルタ装置を有するろ過装置を開示する。この微小孔性手段は他の２つの手段の下流側に配置される。微小孔性手段はプリーツ多孔質ナイロン膜を備え、吸着材手段は活性炭を含む。ろ過装置の上部に配置される軸方向に同心に向く入口から流入するろ液はフィルタ要素の半径方向外面にかけて流路を流れる。この後、流体は半径方向内側にフィルタ要素の各段を通って流れ、フィルタ要素の中央開口に達し、ろ過装置の底部で半径方向に同心に向く出口から流出する。
【０００８】
スミスらに付与された米国特許第6,136,189号明細書は円形横断面のネック部または開放端部を有する、水ボトルと共に使用するためのフィルタ組立て体を開示する。このフィルタ組立て体は活性炭を含む内側ろ材周りに配置される円筒形プリーツ膜を備える。運転の際、フィルタ組立て体がボトル内に満たされた水に浸されるとき、ろ過される水はフィルタ側面に形成された孔またはスロットを通って流入し、プリーツ膜を半径方向内側に流動し、内側ろ材を通過し、出口と連通している、フィルタの中心孔にかけて流れる。この米国特許第6,136,189号明細書に記述されるろ過装置で使用するプリーツ膜は約１ミクロンよりも小さい粒子を捕集する能力はない。カーボンを含む内側ろ材の気孔率は約１０−１５０ミクロンの間である。さらに、このろ材はろ過される水の中に浸されたままであり、水と直接接している。これらの構造的欠点はこのフィルタ装置の効率を低下させ、処理量の不足を招く。
【０００９】
タナーらに付与された米国特許第6,290,848号明細書は重力給水形水処理装置のためのフィルタ・カートリッジを開示する。水処理装置はプリーツ膜のような多孔質粒子フィルタと、この多孔質粒子フィルタ内に配置されるカーボンのような粒状ろ材とを備える。この粒状ろ材はフィルタの中央容積内に配置される。処理される水は初めにフィルタの内部容積に流れ、粒状ろ材を通って多孔質粒子フィルタを半径方向外側にかけて流動する。
【００１０】
今日までの努力にもかかわらず、流体ろ過分野では、フィルタ組立て体を収容するため構成されるカートリッジも同様に、流体流に含まれる化学的汚染物質および微生物の双方を効果的かつ有効に減少させると共に、圧力損失を比較的小さく保ち、適切なフィルタ寿命をもたらし、フィルタの機器の寿命内で、あるいはフィルタ・ユニットの通常の取り扱いで比較的影響を受けない、一貫したろ過特性を与えることのできる、改良されたフィルタ組立て体に対する要求が依然としてある。上記議論で取り上げた参照文献はろ過装置に組み込む様々な要素からなるフィルタ要素を開示するが、これらのフィルタ要素はカーボン・ブロック・フィルタ要素と、このカーボン・ブロック・フィルタ要素の外面を半径方向に取り囲むプリーツ・フィルタ要素と、ここに説明され、構成されるように単独で、あるいは組み合わせて利用する、フィルタ組立て体について教示しないか、または示唆しない。
【００１１】
（発明の要約）
本開示の発明はフィルタ組立て体を通過するろ液から粒状物質を取り除き、化学的汚染物質を吸収する、カーボン・ブロック・フィルタ要素と、ろ液から微生物および／または粒状物質を取り除くプリーツ・フィルタ要素とを備えるフィルタ組立て体を使用することで、上述したフィルタ組立て体と関係する多くの問題を解決する。本開示に従って構成されるフィルタ組立て体は比較的長い寿命と、比較的小さい圧力損失とを維持しながら、化学的汚染物質、粒状物質および微生物を効果的に取り除く能力のような優れた性能特性を有する。
【００１２】
カーボン・ブロック・フィルタ要素の上流側に配置される微小孔性フィルタ要素を有するフィルタ組立て体の利点の中には、微生物が成長し、繁殖し、最終的にフィルタ・カートリッジに生息する、カーボン・ブロック要素に流入する前に、微生物を捕集する能力がある。これに加えて、カーボン・ブロック要素が微小孔性フィルタ要素の下流側に配置されるとき、たとえば微生物の存在のために微小孔性フィルタ要素に生じる、望ましくない匂いおよび味についてカーボン・ブロック要素によって続けて取り除くことができる。
【００１３】
それゆえ、本開示はフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体に向けられる。このフィルタ組立て体はカーボン・ブロック・フィルタ要素と、このカーボン・ブロック・フィルタ要素の半径方向外面周りに配置される円筒状プリーツ・フィルタ要素とを備える。本開示に従って構成されるフィルタ組立て体はろ液が初めにプリーツ・フィルタ要素を通過し、半径方向外面を通ってカーボン・ブロック・フィルタ要素に流入し、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔にかけて半径方向内側に流動し、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔に沿って流れ、軸方向孔から出口を通って流出するように、カーボン・ブロック・フィルタ要素の軸方向孔と連通している出口を有する。
【００１４】
本開示はまた第１のフィルタ要素と、この第１のフィルタ要素の外周周りに配置される第２のフィルタ要素とを備えるフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体に向けられる。このフィルタ組立て体はろ液が初めに第２のフィルタ要素を通過し、半径方向外面を通って第１のフィルタ要素に流入し、第１のフィルタ要素の軸方向孔にかけて半径方向内側に流動し、第１のフィルタ要素の軸方向孔に沿って流れ、軸方向孔から出口を通って流出するように、第１のフィルタ要素と連通している出口を有する。この本開示の代表的実施例において、第１のフィルタ要素はろ液に望ましくない匂いまたは味を与える化合物を吸収するのに有効な材料から製作され、第２のフィルタ要素はろ液から微生物を取り除くのに有効であるプリーツ・フィルタ要素を備える。
【００１５】
本開示に従って構成されるフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体において、プリーツ・フィルタ要素は膜構造体を備える。この膜構造体は約０．０５から約５ミクロンの間の平均孔サイズと、約１３０から約３００ミクロンの間の膜厚さとを有する。膜構造体はら旋プリーツ膜構造体、放射プリーツ膜構造体、直線状非放射プリーツ膜構造体、中心軸に直角に配向したプリーツを備える膜構造体、Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体（放射またはら旋）、改良されたＷ−形プリーツ構造体およびこれらの多数の要素および／またはその組み合わせを備える。膜構造体は互いに最上部に配置される複数の層を備え、これらの層は異なるろ過特性を有する。
【００１６】
好ましくは、膜構造体は傾斜気孔率構造を備える。この構造は異なる平均孔サイズを有する複数の層を備える。たとえば、本開示の一実施例において、隣り合う２つの層について、上流層の平均孔サイズは下流層の平均孔サイズよりも大きい。特に、膜構造体は約０．６５ミクロンの平均孔サイズを有する上流層および中間層と、約０．２ミクロンの平均孔サイズを有する下流層とを備える。
【００１７】
本開示に従って構成されるフィルタ組立て体のプリーツ・フィルタ要素はさらに膜構造体に隣接して配置される排液層を備える。この排液層は膜構造体を支持する。排液層に加えて、プリーツ・フィルタ要素はさらに排液層と膜構造体との間に配置される緩衝層を備える。
【００１８】
本開示に従って構成されるフィルタ・カートリッジ用フィルタ組立て体はさらにろ液がプリーツ・フィルタ要素を通過する前に、プレフィルタを通って流れるように、プリーツ・フィルタ要素周りに配置されるプレフィルタを備える。このプレフィルタはポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、樹脂結合繊維、非結合繊維、合成繊維、焼結材料、金属、セラミックス、糸、特殊ろ紙、ポリマー膜またはこれらのいずれかの組み合わせで製作される。保護ネットがプレフィルタ周りに配置される。
【００１９】
付加的には、本開示に従って構成されるフィルタ組立て体はさらにカーボン・ブロック・フィルタ要素の上側端部に効果的に連結される上側エンド・キャップ、カーボン・ブロック・フィルタ要素の下流端部に効果的に連結される下側エンド・キャップ、あるいはその両者を備える。
【００２０】
本発明のフィルタ組立て体のこれらの態様および他の態様はフィルタ組立て体を収容するため構成されるカートリッジも同様に、フィルタ組立て体を使用する方法を含めて当業者に以下の詳細な説明を通して明らかになる。
【００２１】
（発明の詳細な説明）
同一参照符号がここに説明されるろ過装置の類似する構成要素と同一とみなされる図面を参照すると、図１には参照符号１０で表わす本開示に従って構成される、フィルタ組立て体の代表的実施例が示される。図１に示されるように、フィルタ組立て体１０は内部を貫通し、または貫通することなく延びる軸方向孔６を有する円筒状カーボン・ブロック・フィルタ要素４を備える。このカーボン・ブロック・フィルタ要素４は、たとえばウェイ・チー・チュンらに付与され、キュノ社に共に譲渡された米国特許第5,928,588号明細書および米国特許第5,882,517号明細書に従って製作される。これらの明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【００２２】
図１に示されるように、フィルタ組立て体１０はさらにカーボン・ブロック・フィルタ要素４の外周周りに配置される円筒状プリーツ・フィルタ要素７を備える。本開示の実施例で使用するのに適する、代表的プリーツ・フィルタ要素７はストイエルらに付与され、ポール社に譲渡された米国特許第6,113,784号明細書に記述される。この明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。当業者はそれにもかかわらず本開示の実施例においてはろ過される流体、望ましいろ過特性および他の関係する要因に応じていずれかの適するろ材を利用できることが理解される。
【００２３】
このプリーツ・フィルタ要素７は膜構造体１７を備える。膜構造体１７の一部として使用するのに適する材料は、たとえばセルロース・アセテート（ＣＡ）、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフッ化ビニリデン（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）およびナイロンのような浸透性空間を有する多様なポリマー材料を含む。膜構造体１７に備わる材料の孔サイズは用途に応じて約０．０５から約５ミクロンの間にわたっている。膜構造体１７の厚さは約１３０から約３００ミクロンの間にわたり、一方、プリーツ・フィルタ要素７の厚さはそれよりも厚い。当業者には本開示がら旋プリーツ膜構造体、放射プリーツ膜構造体、直線状非放射プリーツ膜構造体、中心軸に直角に配向したプリーツを備える膜構造体、Ｗ−形マルチ・プリーツ構造体（放射またはら旋）、改良されたＷ−形プリーツ構造体およびこれらの多数の要素および／またはその組み合わせの使用を含むことについて理解することができる。
【００２４】
膜構造体１７は単一層または望ましい厚さになるように互いに最上部に配置される、同一または異なる種類のろ材からなる複数の層で構成される。膜構造体１７はまた異なるろ過特性を有する層を備えてもよい。好ましい実施例において、膜構造体１７は傾斜気孔率構造を有する。“傾斜気孔率”は、本開示の関係では、膜構造体１７の平均孔サイズが膜の中へ深さの関数として変化する。たとえば、膜構造体１７は異なる平均孔サイズを有する不連続な領域または層を備える。
【００２５】
傾斜気孔率構造の代表的膜構造体１７は構成する層を図示のために扇形広げたプリーツ・フィルタ要素７の断面を表わす、図２に示される。この代表的実施例において、膜構造体１７は下流層７３が層７１、７２よりも小さい平均孔サイズを有する、ろ材７１、７２、７３からなる隣接する層を備える。中間層７２は上流層７１と同一か、それよりも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、ろ材からなる層７１、７１は約０．６５ミクロンに等級付けされる平均孔サイズを有し、ろ材からなる層７３は約０．２ミクロンに等級付けされる平均孔サイズを有する。
【００２６】
図２に示されるように、プリーツ・フィルタ要素７は膜構造体１７の上流排液層２７および膜構造体１７の下流排液層３７あるいはその両方を備える。一方またはその両方の排液層２７、３７はまた膜構造体７を支持する付加要素を有し、同一または異なる構造および組成物からなる。一方、ＰＳＵ、ＰＥＳＵ、ＰＶＤおよびＰＴＦＥのような新しい幾つかのポリマー材料が補強を用いることなく、単一または多層膜構造体１７として有利にプリーツ加工される。好ましくは、層２７、３７は膜構造体１７から独立している、別個の層であり、メッシュ、スクリー、または比較的粗い多孔質製織または不織シートの形態である。より好ましくは、上流排液層２７はスパン・ボンド・ポリプロピレン繊維からなる、フレキシブル・シートを備え、下流排液層３７はプラスチック・ネットを備える。当業者に知られた他の適する材料および構造もろ過される液体、ろ過温度および他の要因に応じて膜構造体１７および支持層２７、３７を製作するために使用することができる。
【００２７】
プリーツ・フィルタ要素７は膜構造体１７および排液層２７、３７と異なる構成要素を備えてもよい。たとえば、膜構造体１７と一方またはその両方の排液層２７、３７との間に１層の緩衝層２５（または複数の層）を配置してもよい。この緩衝層または複数の層２５はフィルタが用いられるシステムの流体圧力および／または温度変動に応じてろ材が膨張し、さらに収縮するとき、排液層２７、３７との表面接触による膜構造体１７の摩耗を防ぐためプリーツ・フィルタ要素７の内部に備えられる。この緩衝層または複数の層２５は、好ましくは、排液層２７、３７よりも滑らかな材料で作られ、膜構造体１７の材料よりも大きい耐摩耗性を有する。
【００２８】
図１に示されるフィルタ組立て対１０はまたプリーツ・フィルタ要素７の外周を取り囲む、当業者に知られたいずれかの適する材料で製作されるプレフィルタを備えてもよい。プレフィルタ材料の具体例はポリプロピレン、ポリエステル、ポリアミド、樹脂結合または非結合繊維（たとえば、ガラス繊維）、他の合成繊維（製織および不織フリース構造）、ポリオレフィンのような焼結材料、金属、セラミックス、糸、特殊ろ紙（たとえば繊維、セルロース、ポリオレフィンおよびバインダの混合物）ポリマー膜および他の材料からなる、いずれかの適するシート状フリースを含む。好ましくは、プレフィルタ５は不織ポリプロピレン（たとえばメルト・ブローン）あるいは不織ポリエステルから製作される。
【００２９】
プレフィルタ５に加えて、フィルタ組立て体１０は、たとえばプリーツ・フィルタ要素７周りにプレフィルタ５を固定するプレフィルタ５周りに配置される保護ネット９を備えてもよい。この保護ネット９は当業者に知られたいずれかの適する材料、たとえばポリマーで製作することができる。高温度用途の場合、金属メッシュまたはスクリーンを使用してもよい。
【００３０】
図３に示される代表的実施例によれば、本開示に従って構成されるフィルタ組立て体１１０はフィルタ・カートリッジ１２０の内部に備えられる。このフィルタ組立て体１１０はカーボン・ブロック要素１４０と、円筒状フィルタ要素１７０と、プレフィルタ１５０と、保護ネット１９０とを備える。フィルタ組立て体１１０を収容するのに適する、他のフィルタ・カートリッジの代表的実施例が“カプセル化されたフィルタ・カートリッジ”の名称で２００３年４月１８日に出願された米国特許出願番号第10／418,386号に示される。この明細書の開示は参照によってここに取り入れられる。
【００３１】
さらに、図３を参照すると、代表的フィルタ・カートリッジ１２０はフィルタ組立て体１１０を収容するために構成される内部チャンバ１１６を有するサンプ１１２と、このサンプ１１２内にフィルタ組立て体１１０を封じる底部側端部に取り付けられる密閉キャップ１１４とを備える。この密閉キャップ１１４は、好ましくはサンプ１１２の底部側端部に回転溶接で取り付けられるが、またこれは超音波溶接、ホットプレート溶接、誘導溶接あるいはオーバモールディングで取り付けてもよい。サンプ１１２は流入流体をサンプ１１２の内部チャンバ１１６に導く入口管６０と、サンプの上端に内部チャンバ１１６からの流出流体を送り出す出口管８０とを備える。
【００３２】
さらに、図３を参照すると、フィルタ組立て体１１０の上側端部に上側エンド・キャップ１４２が効果的に連結される。この上側エンド・キャップ１４２は、好ましくはカーボン・ブロック要素１４０の上端とプリーツ・フィルタ要素１７０の上端とを受け入れるように構成される。上側エンド・キャップ１４２は周方向に一定の間隔をおいて設けられる複数の流路１４６を有する、保護外側フランジ１４４を備える。これに加えて、上側エンド・キャップ１４２は内部を貫いて延びる軸方向孔１４８ａを有するネック部１４８を備える。
【００３３】
ネック部１４８の外部はネック部周りに位置決めされ、出口管８０周りに配置され、サンプ１１２の内部チャンバ１１６の上端から下方に突出する（図４に示される）環状収容カラー１５２の内部に密封状態に係合するために寸法決めされ、構成される、環状密封リング１５０を支持する。収容カラーの内部に上側エンド・キャップ１４２のネック部１４８との間に形成される密封係合はカーボン・ブロック要素１４０の軸方向孔１４０ａと、上側エンド・キャップ１４２を貫いて延びる軸方向孔１４８ｂと、サンプ１１２の中央出口管８０との間の流体連通を助長する。
【００３４】
これに加えて、ネック部１４８の外部は収容カラー１５２を介してネック部１４８の密封係合を助ける密封リング１５０の下方に一定の間隔をおいて配置される段部１４８ｂを備える。図３に示される本開示の代表的実施例において、フィルタ組立て体１１０はさらにカーボン・ブロック要素１４０の軸方向孔１４０ａと、サンプ１１２の出口管８０との間の流体連通を助長するためにカーボン・ブロック要素１４０の上端および上側エンド・キャップ１４２の上端と効果的に連結される軸方向孔１３０ａを有するアダプタ１３０を備える。好ましくは、このアダプタ１３０はカーボン・ブロック要素１４０の軸方向孔１４０ａと隙間なく嵌合するように構成される第１の円筒部１３６と、フランジ１３４と、上側エンド・キャップ１４２と隙間なく嵌合するように構成される第２の円筒部１３２とを有する。
【００３５】
続けて、図３を参照すると、本開示の代表的実施例において、下側エンド・キャップ１６０がフィルタ組立て体１１０の底部側端部と効果的に連結される。好ましくは、この下側エンド・キャップ１６０はカーボン・ブロック要素１４０の下端と、プリーツ・フィルタ要素１７０の下端とを受け入れるように構成されると共に、サンプ１１２内にフィルタ組立て体１１０を支持するように適応され、構成される。本開示の好ましい実施例によれば、下側エンド・キャップ１６０はサンプ１１２の内部チャンバ１１６の隔壁と係合する、周方向に朝顔形に外に広がる複数のフランジ１６２を備える。
【００３６】
フィルタ・カートリッジを通って流動するろ液の方向を表わす１組の矢印を有する、図４を参照すると、本開示の代表的実施例において、未ろ過流体は入口管６０を通ってサンプ１１２の内部チャンバ１１６の上部領域に１１６ａに流入する。未ろ過流体はこの後上側エンド・キャップ１４２の外側フランジ１４４に形成される周方向に一定の間隔をおいて配置される流路１４６（図３参照）を通って流動し、サンプ１１２の内部チャンバ１１６の下部に達する。プレフィルタ１５０を備える、本発明の代表的実施例において、未ろ過流体はプリーツ・フィルタ要素１７０に流入する前に、初めにプレフィルタ１５０を通って流動する。プリーツ・フィルタ要素１７０の構成要素を通過すると、ろ液はカーボン・ブロック要素１４０を半径方向内側に流動し、軸方向孔１４０ａに流れる。ろ液はカーボン・ブロック要素１４０の軸方向孔１４０ａを通って上方に流れ、その後、相応しい代表的実施例では、アダプタ１３０の軸方向孔１３０ａ通過してフィルタ・カートリッジ１２０の内部から出口管８０を通って流出する。
【００３７】
上述したように、本開示に従って構成されるフィルタ組立て体１０は従来技術を上回る多様な利点を有する。たとえば、フィルタ組立て体１０は比較的長い寿命と比較的小さい圧力損失とを維持しながら、化学的汚染物質、粒状物質および微生物を効果的に取り除く能力のような優れた性能特性を有する。カーボン・ブロック要素４、１４０はフィルタ組立て体１０を通って流れるろ液から粒状物質を除去し、化学的汚染物質を吸収し、さらにプリーツ・フィルタ要素７、１７０は微生物と、粒状物質とを取り除く。
【００３８】
カーボン・ブロック・フィルタ要素４の上流側に配置されるプリーツ・フィルタ要素７を有するフィルタ組立て体１０の利点の中には微生物が潜在的に成長し、繁殖し、最終的にフィルタ・カートリッジに生息する、カーボン・ブロック・フィルタ要素４に流入する前に、微生物を捕集する能力がある。これに加えて、本実施例では、カーボン・ブロック・フィルタ要素４がプリーツ・フィルタ要素７の下流側に配置されるので、たとえば微生物の存在のためにプリーツ・フィルタ要素７に生じる、望ましくない味または匂いについてカーボン・ブロック要素４によって続けて取り除くことができる。
【００３９】
図５は本開示に従って構成される、参照符号２１０で表わすカプセル化された使い捨てフィルタ・カートリッジを示す。図５に示されるように、このフィルタ・カートリッジ２１０はフィルタ組立て体２２２を支持するため構成される、内部チャンバ２２０を有するサンプ２１２と、このサンプ２１２の内部チャンバ２２０内にフィルタ組立て体２２２を完全に封じるために底部側端部に取り付けられる密閉キャップ２１４とを備える。この密閉キャップ２１４は、好ましくはサンプ２１２の底部側端部に回転溶接で取り付けられる。密閉キャップ２１４をサンプ２１２の端部に取り付ける他の方法は超音波溶接、ホットプレート溶接、誘導溶接、オーバモールディングおよび機械的固定手段を含む。
【００４０】
続けて、図５を参照すると、サンプ２１２は内部を貫いて延びる通路２８８を有し、サンプ２１２の内部チャンバ２２０への流入ろ液を導く入口２１６と、サンプ２１２の下側端部に内部チャンバ２２０からの流出ろ液を送る出口２１８とを有する細長い上部筒体２９８を備える。この入口２１６は、図５に示されるように、通路２８８と連通している細長い上部筒体２９８の外面に半径方向に向けて形成される開口である。通路２８８は入口２１６と、サンプ２１２の内部チャンバ２２０との間の連絡を助長するために独立した流体流路を備える。
【００４１】
出口２１８は細長い上部筒体２９８の最上部に配置され、サンプ２１２の中心軸と同心に向けられる。入口２１６と出口２１８とは、好ましくは、水ろ過装置のような装置の適当なポートまたはモジュールと結び合うために適応され、構成される。これに代わるものでは、入口２１６と出口２１８とは装置と組み合わせて構成される、アダプタと結び合うために適応され、構成される。
【００４２】
サンプ２１２の細長い上部筒体２９８は段部２９８ａと、段部２９８ｂとを備える。上部筒体２９８はまた当業者に理解されるように、構成される装置の適当な部分またはアダプタの適当な部分と共に細長い上部筒体２９８の密封係合を助長するように、入口２１６の上方に設置される段部２９８ａ周りに配置される密封リング２１７と、入口２１６の下方に設置される段部２９８ｂ周りに配置される密封リング２１５とを支持する。
【００４３】
図３および図４に示される本開示の代表的実施例に類似して、カプセル化されたフィルタ・カートリッジ２１０のフィルタ組立て体２２２はカーボン・ブロック・フィルタ要素２２４の外周周りに配置される、円筒状プリーツ・フィルタ要素２７０を備える。この代表的実施例のカーボン・ブロック・フィルタ要素２２４およびプリーツ・フィルタ要素２７０の双方は本開示の他の実施例を参照して先に詳細に述べたものと実質的に同一である。これに加えて、フィルタ組立て体２２２は他の代表的実施例を参照して先に述べた多数の要素および／またはその組み合わせを備える。
【００４４】
続けて、図５を参照すると、フィルタ組立て体２２２の上側端部に上側エンド・キャップ２４２が効果的に連結される。この上側エンド・キャップ２４２は、好ましくはカーボン・ブロック・フィルタ要素２２４の上端と、プリーツ・フィルタ要素２７０の上端とを受け入れるように構成される。上側エンド・キャップ２４２は周方向に一定の間隔をおいて設けられる複数の流路（図３に示される要素１４６について参照）を有する保護外側フランジ２４４を備える。これに加えて、上側エンド・キャップ２４２は段部２４８ｂと、内部を貫いて延びる軸方向通路２４８ａとを有するネック部２４８を備える。ネック部２４８は入口２１６から流入した未ろ過流体がサンプ２１２の内部チャンバ２２０の下部領域にかけて流れるように、フィルタ組立て体２２２の半径方向外面と連通させるためサンプ２１２の細長い上部筒体２９８の通路２８８内に収容されるように構成される。ネック部２４８の外部は段部２４８ｂの上方でネック部周りに位置決めされ、サンプ２１２の細長い上部筒部２９８の通路２８８の内部に密封状態に係合するために寸法決めされ、構成される、環状密封リング２５０を支持する。
【００４５】
本開示の相応しい実施例において、フィルタ組立て体２２２の下側端部に下側エンド・キャップ２４０が効果的に連結される。好ましくは、本開示の実施例では、下側エンド・キャップ２４０はカーボン・ブロック・フィルタ要素２２４の下端と、プリーツ・フィルタ要素２７０の下端とを受け入れるように構成され、サンプ２１２の内部にフィルタ組立て体２２２を支持するように適応され、構成される。好ましくは、下側エンド・キャップ２４０は先に詳細に説明された図３および図４に示される代表的実施例の下側エンド・キャップに類似する構造を有する。
【００４６】
カプセル化されたフィルタ・カートリッジ２１０を通過するろ液の方向を表わす１組の矢印を有する、図５を参照すると、運転では、未ろ過流体はサンプ２１２の細長い上部筒体２９８の入口２１６を通って流入し、通路２８８の内面とネック部２４８の外面との間の領域に流れる。本開示の相応しい実施例において、未ろ過流体は次いで上側エンド・キャップ２４２の外側フランジ２４４に周方向一定の間隔をおいて形成される流路を通って流動し、さらにサンプ２１２の内部チャンバ２２０の下部に達する。
【００４７】
未ろ過流体はフィルタ組立て体２２２の半径方向外面に流入し、カーボン・ブロック・フィルタ要素２２４の軸方向孔２２６にかけて半径方向内側に流動する。相応しい実施例において、ろ過流体はカーボン・ブロック・フィルタ要素２２４の軸方向孔２２６に沿って上方に流れ、その後、ろ過流体は上側エンド・キャップ２４２の軸方向通路２４８ａを通ってフィルタ・カートリッジ２１０の内部から出口２１８を通って流出する。
【００４８】
図６は参照符号３１０で表わす本開示に従って構成される、別のフィルタ・カートリッジを示す。図６に示されるように、このフィルタ・カートリッジ３１０はフィルタ組立て体３２２を支持するため構成される、内部チャンバ３２０を有するサンプ３１２と、このサンプ３１２内にフィルタ組立て体３２２を完全に封じるために底部側端部に取り付けられる密閉キャップ３１４とを備える。この密閉キャップ３１４は、好ましくはサンプ３１２の底部側端部に回転溶接される。密閉キャップ３１４をサンプ３１２の底部側端部に連結する他の方法は超音波溶接、ホットプレート溶接、誘導溶接およびオーバモールディングを含む。
【００４９】
続けて、図６を参照すると、サンプ３１２は環状フランジ３９６ｂと、内部を貫いて延びる軸方向通路３０６ａとを有し、流入ろ液をサンプ３１２の内部チャンバ３２０に導く入口３１６を有する細長い上部筒体３９６を備える。この代表的実施例によれば、密閉キャップ３１４は環状フランジ３９８ｂと、内部を貫いて延びる軸方向通路３９８ａとを有する細長い筒体３９８を備える。密閉キャップ３１４の細長い筒体３９８の底部側端部には内部チャンバ３２０からの流出ろ過流体を送り出す出口３１８が配置される。一般に、入口３１６と出口３１８とはサンプ３１２の中心軸と同心に並ぶ。入口３１６はフィルタ組立て体３２２の半径方向外面と連通しており、一方、出口３１８はカーボン・ブロック要素３２４の軸方向孔３２６と連通している。入口３１６と出口３１８とは、好ましくは水ろ過装置のような装置の適当なポートまたはモジュールと結び合うように適応され、構成される。
【００５０】
上述した実施例に類似して、カプセル化されたフィルタ・カートリッジ３１０のフィルタ組立て体３２２はカーボン・ブロック要素３２４の外周周りに配置される円筒状プリーツ・フィルタ要素３７０を備える。この代表的実施例のカーボン・ブロック・フィルタ要素３２４およびプリーツ・フィルタ要素３７０の双方は本開示の他の実施例を参照して詳細に述べたものと実質的に同一である。これに加えて、フィルタ組立て体３２２は他の実施例を参照して先に述べた多数の要素および／またはその組み合わせを備える。
【００５１】
続けて、図６を参照すると、上側エンド・キャップ３４２がフィルタ組立て体３２２の上側端部に効果的に連結される。好ましくは、上側エンド・キャップ３２４はろ液がフィルタ組立て体の上面から流入するのを防ぐように、カーボン・ブロック要素３２４の上端と、プリーツ・フィルタ要素の上端とを受け入れ、かつ、密封状態に封じるように構成される。
【００５２】
本開示の相応しい実施例において、下側エンド・キャップ３４０がフィルタ組立て体３２２の底部側端部に効果的に連結される。この下側エンド・キャップ３４０は内部を貫く軸方向通路３４０ａと、円筒部３４０ｂとを有し、好ましくはカーボン・ブロック要素３２４の下端と、プリーツ・フィルタ要素３７０の下端とを受け入れるように構成され、未ろ過流体が軸方向通路３４０ａを経て出口３１８に流れるろ過流体の流れに流入するのを防ぐために密閉キャップ３１４に密封状態に固定される。円筒部３４０ｂを密閉キャップ３１４に密閉状態に固定する方法は当業者に知られたＯ−リング、溶接ならびに他の構造および方法を使用することを含む。
【００５３】
サンプ３１２は任意的にろ過工程が始まった直後にサンプ３１２の内部チャンバ３２０から流れる空気を逃がすためのベント通路４２０を備える。このベント通路４２０はベント通路の分離口を覆うベント・キャップ４２４と、ベント・キャップ４２４の密封係合を果たす密封リング４２２とを備える。当業者は類似した働きを果たす、いずれかの構造がベント通路４２０に代えて使用できることが理解される。
【００５４】
さらに、任意的に、サンプ３１２はフィルタ・カートリッジの処分の前にサンプ３１２の内部チャンバ３２０に残っているろ液を排出するドレン通路４１０を備える。このドレン通路４１０はドレン通路の分離口を覆うドレン・キャップ４１４と、ドレン・キャップ４１４の密封係合を果たす密封リング４１２とを備える。当業者は類似した働きを果たす、いずれかの構造がドレン通路４１０に代えて使用できることが理解される。
【００５５】
さらに、カプセル化されたフィルタ・カートリッジ３１０を通って流れるろ液の方向を表わす１組の矢印を有する、図６を参照すると、運転では、未ろ過流体は軸方向通路３９６ａを通ってサンプ３１２の内部チャンバ３２０の上部領域３２０ａに流入する。この未ろ過流体はフィルタ組立て体３２２の半径方向外面に流入し、カーボン・ブロック・フィルタ要素３２４の軸方向孔３２６にかけて半径方向内側に流動する。ろ過流体はカーボン・ブロック・フィルタ要素３２４の軸方向孔３２６に沿って下方に流れた後、エンド・キャップ３４０の軸方向通路３４０ａを通過し、軸方向通路３９８ａを経てフィルタ・カートリッジ３１０の内部チャンバ３２０から出口３１８を通って流出する。
【００５６】
本開示に従って構成されるフィルタ組立て体が特定の実施例について説明されたが、当業者は本発明の本質と範囲とから離れることなく、本発明について変更および変形がなし得ることを容易に理解する。たとえば、本開示に従って構成されるフィルタ組立て体は重力給水用途と同様に、加圧給水用途に使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
本発明の属する当業者が本発明をどのように製作し、使用するかを容易に理解できるように、本発明の実施例が図面を参照して詳細に説明される。
【図１】図１は本開示に従って構成されるフィルタ組立て体の分解斜視図である。
【図２】図２は構成する層が図示のために扇形に広げられた本開示の相応しい実施例で使用する代表的プリーツ・フィルタ要素の拡大断面図である。
【図３】図３は図示の容易のために部品を分離させた本開示に従って構成される代表的フィルタ組立て体を収容するフィルタ・カートリッジの一実施例の分解斜視図である。
【図４】図４はフィルタ・カートリッジを通過する流体流動が矢印で示される、図３に示されるフィルタ・カートリッジの横断面図である。
【図５】図５はフィルタ・カートリッジを通過する流体流動が矢印で示される、本開示に従って構成される代表的フィルタ組立て体を収容するフィルタ・カートリッジの代替的実施例の横断面図である。
【図６】図６はフィルタ・カートリッジを通過する流体流動が矢印で示される、本開示に従って構成される代表的フィルタ組立て体を収容するフィルタ・カートリッジの別の代替的実施例の横断面図である。
【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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【国際調査報告】
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