(57)【要約】縦軸、外周、内周および互いにごく接近してら旋配置をもって配設される、複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備えるフィルタが開示される。各プリーツは一対の脚を有し、各プリーツの脚はルートで互いに連結される。隣接するプリーツのルートはフィルタ要素の内周の回りで互いに半径方向に間隔を開けられる。
2004512926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦軸、外周および内周を有し、かつ互いに近接している複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備え、前記各プリーツが一対の脚を備え、前記各脚が所定の高さを有し、ここで第１のプリーツの第１の脚の高さが前記フィルタ要素の外周と前記フィルタ要素の内周との間の半径方向距離よりも大きく、かつ隣接するプリーツの隣接する脚の高さよりも大きいフィルタ。
【請求項２】
前記隣接するプリーツの隣接する脚の高さが、前記第１のプリーツの第１の脚の高さの５０パーセントから前記第１のプリーツの該第１の脚の高さの９５パーセントの範囲内にある、請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記フィルタ要素が、上流排液層と、少なくとも１層の内部ろ過層と、下流排液層とを含む、複数の材料層を有する複合体である、請求項１記載のフィルタ。
【請求項４】
各プリーツの該脚が、ルートで連結されており、これにより、前記第１のプリーツのルートが前記隣接するプリーツのルートから半径方向に間隔を開けて配置された、請求項１記載のフィルタ。
【請求項５】
前記フィルタ要素の外周を取り囲む多孔ケージと、前記フィルタ要素の内周によって周囲を囲われる多孔コアとを備えた、請求項４記載のフィルタ。
【請求項６】
前記第１のプリーツのルートが、前記コアと接し、前記隣接するプリーツのルートが前記コアから半径方向に間隔を開けて配置された、請求項５記載のフィルタ。
【請求項７】
前記第１のプリーツの第２の脚の高さが、前記第１のプリーツの該第１の脚の高さに等しい、請求項１記載のフィルタ。
【請求項８】
前記第１のプリーツの第２の脚の高さが、前記第１のプリーツの第１の脚の高さよりも小さい、請求項１記載のフィルタ。
【請求項９】
前記隣接するプリーツの脚が、高さ方向に等しい、請求項１記載のフィルタ。
【請求項１０】
前記隣接するプリーツの第２の脚の高さが、前記隣接するプリーツの他の脚の高さよりも大きい、請求項１記載のフィルタ。
【請求項１１】
縦軸、外周および内周を有し、かつ互いに近接してら旋配置をもって配設される複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備え、前記各プリーツは一対の脚を備え、前記各プリーツの脚はルートで互いに連結されており、ここで前記隣接するプリーツのルートが前記フィルタ要素の内周の回りで均一な頻度で互いに半径方向に間隔を開けて配置されたフィルタ。
【請求項１２】
前記フィルタ要素が、上流排液層と、少なくとも１層の内部ろ過層と、下流排液層と含む、複数の材料層を有する複合体である、請求項１１記載のフィルタ。
【請求項１３】
前記フィルタ要素の該外周を取り囲む多孔ケージと、前記フィルタ要素の内周によって周囲を囲われる多孔コアとを備えた、請求項１１記載のフィルタ。
【請求項１４】
隣接するプリーツの隣接する脚が、プリーツ頂部で互いに連結されており、かつ前記隣接するプリーツ頂部が前記フィルタ要素の外周の回りで均一な頻度で互いに半径方向に間隔をおいて配置された、請求項１１記載のフィルタ。
【請求項１５】
ａ）縦軸、外周および内周を備えると共に、互いに近接してら旋配置をもって配設される複数の縦方向プリーツを有し、前記各プリーツは一対の脚を備え、各プリーツの脚はルートで互いに連結された筒状フィルタ要素と、
ｂ）前記フィルタ要素の外周を取り囲む多孔ケージと、
ｃ）前記フィルタ要素の内周によって周囲を囲われた多孔コアと、ここで互い違いする前記プリーツのルートが前記多孔コアで接し、
ｄ）前記多孔ケージを囲う少なくとも１個のエンドキャップと、
を備えたフィルタカートリッジ。
【請求項１６】
前記フィルタ要素が、上流排液層と、少なくとも１層の内部ろ過層と、下流排液層とを含む、複数の材料層を有する複合体である、請求項１５記載のフィルタ。
【請求項１７】
隣接するプリーツの隣接する脚が、プリーツ頂部で互いに連結されており、互い違いする頂部が交互に前記多孔ケージと接する、請求項１５記載のフィルタカートリッジ。
【請求項１８】
縦軸を有する筒状フィルタ要素を備え、かつ前記フィルタ要素の前記縦軸の回りに互いにごく接近してら旋配置をもって配設される、縦方向に延びる複数のプリーツを有し、各プリーツが半径方向高さを有し、ここで前記フィルタ要素内の隣接するプリーツが５０パーセントから９５パーセントの相対半径方向高さ比を有するフィルタ。
【請求項１９】
前記フィルタ要素の隣接するプリーツの相対半径方向高さ比が、９２パーセントである、請求項１８記載のフィルタ。
【請求項２０】
前記フィルタ要素内の１つのプリーツの高さが、２１．０８ｍｍであり、前記フィルタ要素内の隣接するプリーツの高さが１９．３０ｍｍである、請求項１９記載のフィルタ。
【請求項２１】
前記フィルタ要素の外周を取り囲む多孔ケージを備えた、請求項１８記載のフィルタ。
【請求項２２】
前記フィルタ要素の内周によって周囲を囲われる多孔コアをさらに備えた、請求項１８記載のフィルタ。
【請求項２３】
前記フィルタ要素が、上流排液層と、少なくとも１層の内部ろ過層と、下流排液層とを含む、複数の材料層を有する複合体である、請求項１８記載のフィルタ。
【請求項２４】
前記各プリーツが、ルートで互いに連結される一対の脚を有し、ここで隣接するプリーツのルートが前記フィルタ要素の内周の回りで均一な頻度で互いに半径方向に間隔を開けて配置された、請求項１８記載のフィルタ。
【請求項２５】
縦軸、外周および内周を有し、かつ互いに近接してら旋配置をもって配設される複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備え、前記各プリーツが一対の脚を備え、隣接するプリーツの前記脚はプリーツ頂部で互いに連結されており、ここで隣接するプリーツ頂部が前記フィルタ要素の外周の回りで均一な頻度で互いに半径方向に間隔を開けて配置されたフィルタ。
【請求項２６】
各プリーツの該脚が、ルートで互いに連結されており、隣接するプリーツのルートが前記フィルタ要素の内周の回りで均一な頻度で互いに半径方向に間隔を開けて配置された、請求項２５記載のフィルタ。
【請求項２７】
前記フィルタ要素の外周を取り囲む多孔ケージを備えた、請求項２５記載のフィルタ。
【請求項２８】
前記フィルタ要素の内周によって周囲を囲われる多孔コアを備えた、請求項２５記載のフィルタ。
【請求項２９】
前記フィルタ要素が、上流排液層と、少なくとも１層の内部ろ過層と、下流排液層とを含む、複数の材料層を有する複合体である、請求項２５記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願に対する相互参照）
本出願は、開示のすべてがここに取り入れられる、２０００年９月１５日に出願された仮特許出願番号６０／２３３，３２７号に基づく優先の利益を享受する。
【０００２】
（発明の背景）
１．発明の分野
本発明は流体フィルタ装置に係り、より詳しくは、従来のら旋プリーツフィルタと比べて圧力損失をより軽減することを可能にする、独自のプリーツ配置を備えるら旋プリーツフィルタに関する。
【０００３】
２．従来技術の背景
長年にわたって、筒状プリーツフィルタカートリッジの設計は、処理液の流動またはフィルタ寿命に逆効果を及ぼすことなく、既定の外径寸法を有するフィルタカートリッジに適合するように、ろ材の量あるいは表面積を最大化することに大半の努力を傾けてきた。米国特許第３，６９２，１８４号明細書に開示されるような標準プリーツフィルタカートリッジでは、カートリッジ内に組み込むろ材の量はそのカートリッジのコア周囲に配置するプリーツの数によって制限される。したがって、フィルタ要素の外周には隣接するプリーツ間に多くの空きスペースが生じる。
【０００４】
米国特許第３，７９９，３５４号明細書に開示されるような半径方向に延びるＷ−プリーツ配置を有する筒状フィルタ要素は標準プリーツフィルタ要素を改良したものを示す。このＷ−プリーツ配置は、標準高さの隣接するプリーツ間にフィルタ要素の外周から半径方向内側に延びる、比較的長さの短いプリーツを配置することで、フィルタ要素の外周に一段と大きい表面積を確保している。これらの短いプリーツはフィルタ要素の外周の近くに開いたスペースを占有する。しかしながら、このプリーツはそのプリーツ間に依然として空きスペースが残り、カートリッジ内に配置できるろ材の量を最大化することができない。このＷ−プリーツ構造は、また、長さの短いプリーツがフィルタの中心軸に向かって内側に動くという、プリーツ移動の弊害を被る。このプリーツ移動は接合、流れの不通、フィルタ入口出口間の圧力損失の増大、フィルタ寿命の減少を招き、ろ材に損傷を生じるので好ましくない。
【０００５】
ら旋プリーツフィルタ要素は、円筒状に配置される複数縦プリーツを含めて、標準の半径方向プリーツフィルタ要素と遜色がない。しかしながら、ら旋プリーツフィルタにおいてはプリーツの両端が、隣接するプリーツ面の間の間隔を最小にするためにフィルタ要素の外径の近くで丸められる。この場合、プリーツ高さはカートリッジコアの外周とカートリッジケージの内周との間の距離よりも実質的に大きくなる。したがって、従来のら旋プリーツフィルタにおいてはプリーツはその外周付近に、通常では半径方向プリーツフィルタ要素の空きスペースを意味する、容積を過度に占有することになる。
【０００６】
ら旋プリーツおよび半径方向Ｗ−プリーツ設計の双方は標準半径方向プリーツ配置と比べてフィルタ表面積を増大させることが可能であり、一方、ら旋プリーツ配置は半径方向Ｗ−プリーツ配置と関係するプリーツ移動から派生する問題を抱え込まない。しかしながら、半径方向Ｗ−プリーツフィルタと比べてら旋プリーツフィルタの丸められたプリーツはフィルタの外径付近では半径方向の流路を減らす。これらの要素はフィルタ入口出口間の圧力損失を増大する結果を招く。さらに、ら旋プリーツフィルタの丸められたプリーツは流路がより長くなり、したがって、高負荷または径の大きい微粒子を含む汚染物質を処理する用途では流路が遮断される可能性がより大きくなる。この状態はしばしばブリッジングと呼ばれ、フィルタ寿命に悪い影響を及ぼす。
【０００７】
従来のら旋プリーツフィルタ要素は丸められたプリーツがケージ内に挿入される前には真っ直ぐになり勝ちなので、標準半径方向プリーツフィルタ要素よりも筒状ケージ内に挿入するのにより困難であることが判明した。結果として、フィルタ要素はケージの内面に触れてしまい、摩擦を伴って引きずることになる。こうして起こる引きずりはろ材に損傷を与え、実際上の問題として、ら旋プリーツフィルタ要素を組み込むフィルタカートリッジの軸方向長さに制限を与えることになる。
【０００８】
従来のら旋プリーツフィルタ要素の一例は、参照によってそのすべてがここに取り入れられる、ストイエル等に付与された米国特許第５，５４３，０４７号明細書に開示される。ストイエル等のら旋プリーツフィルタ要素はろ材からなる３層複合体で、ろ材の上流面に配置される上流排液層および下流面に配置される下流排液層を備える。このフィルタ要素のプリーツはフィルタ要素の内周と外周との間で全容積をプリーツが占めるように寸法が決められ、配置される。したがって、フィルタ要素の内周、すなわち、プリーツのルートでプリーツの圧縮程度および密集程度が高くなる傾向がある。これはフィルタのコア付近の圧力損失を著しく増大させることになる。
【０００９】
特に、ストイエル等の発明によるフィルタ要素のプリーツは、それぞれのプリーツ脚がフィルタ要素の内周に沿って隣接するプリーツ脚と接するように構成されており、プリーツのルートでの内周からプリーツの冠部での外周まで伸びているその脚に沿った方向で測定した各プリーツの高さは（Ｄ−ｄ）／２よりも大きく、（Ｄ２−ｄ２）／［４（ｄ＋２ｔ）］よりも小さい。ここで、Ｄおよびｄはそれぞれ外周および内周でのフィルタ要素の外径と内径であり、ｔは各プリーツ脚の厚さである。この方法でプリーツ寸法を決めることにより、プリーツの相対する面はプリーツ脚の全高さおよび軸方向長さを実質的に超えて互いに接触し、これにより、隣接するプリーツ間の空きスペースが、特にコア領域において消滅する。真実、コア付近に残っているスペースだけであるので、隣接するプリーツルート間に位置する３角形の隙間は小さい。それゆえ、流体がフィルタ要素を通過するときの圧力損失は比較的大きくなる。
【００１０】
したがって、この技術分野では、従来技術のら旋プリーツフィルタ要素よりもフィルタ要素入口出口間の圧力損失をさらに小さく保ち、従来技術のら旋プリーツフィルタ要素よりも支持ケージ内へ挿入するのを一段と容易にしながら、ろ材の表面積を最大化する、ら旋プリーツフィルタ設計を提供する必要がある。
【００１１】
（発明の要約）
本発明は縦軸、外周、内周、および互いにごく接近して配置される、複数の縦方向プリーツを備える筒状フィルタ要素を備えた、新規で、しかも独自のら旋プリーツフィルタを対象とする。各プリーツは一対の脚を有し、各脚は所定の高さを有する。本発明に従った場合、第１のプリーツの第１の脚の高さはフィルタ要素の外周とフィルタ要素の内周との間の半径方向距離よりも大きく、かつ隣接するプリーツの隣接する脚の高さよりも大きい。
【００１２】
隣接するプリーツの隣接する脚の高さが第１のプリーツの第１の脚の高さの約５０パーセント（５０％）から第１のプリーツの第１の脚の高さの約９５パーセント（９５％）の範囲内にあることは想像される。好ましくは、フィルタ要素は上流排液層、少なくとも１層の内部ろ過層および下流排液層を含む、複数の材料で作られた層を備える複合体である。多孔ケージはフィルタ要素の外周を取り囲み、多孔コアはフィルタ要素の内周によって周囲を囲われる。
【００１３】
このプリーツが幾つかの異なる方法で配置できることは想像される。たとえば、第１のプリーツの第２の脚の高さは第１のプリーツの第１の脚の高さと同等であってもよい。これに代えて、第１のプリーツの第２の脚の高さは第１のプリーツの第１の脚の高さよりも小さいか、または隣接するプリーツの脚は高さを等しくすることができる。また、隣接するプリーツの第２の脚の高さが隣接するプリーツの他の脚の高さよりも大きくてもよいことが想像される。
【００１４】
本発明は、また、互いにごく接近してら旋配置をもって配設される、複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備えたフィルタを対象とする。各プリーツは一対の脚を有し、各プリーツ脚はルートで互いに連結される。本発明に従う場合、隣接するプリーツのルートはフィルタ要素の内周の周りで互いに半径方向に間隔を開けて配置される。また、隣接するプリーツの隣接する脚は頂部で互いに連結され、本発明の一実施例では、隣接するプリーツの頂部はフィルタ要素の外周の周りで互いに半径方向に間隔を開けて配置される。
【００１５】
また、本発明は縦軸、外周、内周および互いにごく接近してら旋配置をもって配設される、複数の縦方向プリーツを有する筒状フィルタ要素を備えたフィルタカートリッジを対象とする。各プリーツは一対の脚を有し、各プリーツ脚はルートで互いに連結される。多孔ケージまたはネットはフィルタ要素の外周を取り囲み、多孔コアはフィルタ要素の内周によって周囲を囲われる。本発明に従う場合、プリーツのルートは交互に多孔コアと接する。また、隣接するプリーツの隣接する脚は頂部で互いに連結され、本発明の一実施例では、頂部は交互に多孔ケージと接する。
【００１６】
本発明の上記の形態および他の形態は、図面を参照する本発明の以下の詳細な説明から当業者がさらに容易に理解することができる。
【００１７】
（好ましい実施例の詳細な説明）
同じ参照符号が本発明の類似する構成要素および／または特徴を表わす図面を参照すると、図１には本発明の好ましい実施例に従って構成された、参照符号１０で示すら旋プリーツフィルタカートリッジが示されている。
【００１８】
図１を参照すると、本発明のフィルタカートリッジ１０は、中心部の多孔コア２０を取り囲み、外側の多孔ケージ３０内に収容された複数の縦方向プリーツ１４を有する、細長いら旋Ｗ−プリーツ複合構造体からなるフィルタ要素１２を備える。このコア２０は半径方向に働く力に対してフィルタ要素１０の内周を支持し、フィルタ軸方向強度および曲げに対する剛性を与えるのに役立つ。このケージ３０はフィルタ要素１０のプリーツをら旋配置に保持している。このプリーツを保持するためにケージ３０の他の別の手段の提供が想像される。たとえば、フィルタ要素の外周の回りにプリーツを保持する、高分子化合物のネットまたはメッシュを利用してもよい。カートリッジ要素の上端および下端にはエンドキャップ４０が作動可能に設けられ、フィルタカートリッジ１０を使用するろ過用途に応じて開き（図示の状態）、あるいは閉じることができる。
【００１９】
図４を参照すると、細長いフィルタ要素１２の各縦方向プリーツ１４は、フィルタ要素の内周またはその近くに位置するプリーツルートＲで互いに連結される、一対のプリーツ脚Ｌを有する。この各プリーツ脚は、また、フィルタ要素の外周またはその近くに位置するプリーツ頂部または冠部Ｃで隣接するプリーツの隣接する脚と連結される。各プリーツはプリーツの半径方向広がりに応じた高さと、プリーツの軸方向広がりに応じたプリーツ長さとを有する。以下に詳しく議論されるように、本発明のら旋プリーツフィルタ要素の実施例において、プリーツ高さはフィルタ要素全体を通じて均一ではない。結果として、フィルタカートリッジの流体流動特性は、すべてのプリーツ高さが等しく、かつカートリッジ内にプリーツが密着した状態に詰められる従来のら旋プリーツフィルタカートリッジと比較して改良されることになる。さらに、プリーツ高さがフィルタ要素全体を通じて均一ではないので、本発明のフィルタ要素を支持ケージ内に軸方向に挿入することが、ケージの内面にプリーツの冠部が接して摩擦を伴って引きずることもなく、比較的容易であることが見出された。したがって、カートリッジ組立て中にろ材を傷つけることがない。
【００２０】
図４について続けて参照すると、各プリーツ脚は同じプリーツ内の他の脚の内面Ｓｉと相対する内面Ｓｉと、隣接するプリーツの隣接する脚の外面Ｓｅと相対する外面Ｓｅとを有する。流体が、半径方向内側に向かって、すなわち、ケージ３０からコア２０にかけてフィルタ要素を通過して流れるように、フィルタ要素１２を使用するとき、プリーツ脚の内面はフィルタ要素１２の下流面を形成し、これに対し、プリーツ脚の外面はフィルタ要素１２の上流面を形成する。反対に、流体が、半径方向外側に向かって、すなわち、コアからケージにかけてフィルタ要素を通過して流れるように、フィルタ要素１２を使用するとき、プリーツ脚の内面はフィルタ要素１２の上流面を形成し、これに対し、プリーツ脚の外面はフィルタ要素１２の下流面を形成する。
【００２１】
図３を参照すると、フィルタ要素１２において、隣接するプリーツは異なるプリーツ高さを有する。より詳しくは、第１のプリーツ１４ａは、高さが等しく共通のルートＲａを共有するプリーツ脚Ｌ１およびＬ２を有する。第２のプリーツ１４ｂは高さが等しく共通のルートＲｂを共有するプリーツ脚Ｌ３およびＬ４を有する。プリーツ１４ａのプリーツ脚Ｌ２はプリーツ頂部Ｃａ、ｂでプリーツ１４ｂのプリーツ脚Ｌ３と連結される。プリーツ脚Ｌ３およびＬ４の高さはプリーツ脚Ｌ１およびＬ２の高さよりも小さい。同様に、プリーツ１４ｃはプリーツ脚Ｌ５およびＬ６を有する。ここで、プリーツ脚Ｌ５はプリーツ頂部Ｃｂ、ｃでプリーツ１４ｂのプリーツ脚Ｌ４と連結され、プリーツ脚Ｌ５およびＬ６は共通のルートＲｃを共有する。
【００２２】
図２ｂに示すように、プリーツ１４ａおよび１４ｃのプリーツルートＲａおよびＲｃはそれぞれフィルタ要素１２の内周でフィルタカートリッジ１０のコア２０と接し、これに対し、プリーツ１４ｂのプリーツルートＲｂは、フィルタ要素１２の全長に沿って延びる、フィルターカートリッジコアで空隙Ｖｉを生成するように十分な半径距離を保ってフィルタ要素１２の内周から間隔を開け配置される。この結果、隣接するプリーツ面がプリーツ高さの実質的部分を超えて互いに接触するのを防ぐことができる。この空隙は、図２の参照によってよく理解できるように、フィルタ要素１２の全内周の回りに同じ方式で繰り返し現れる。結果として、フィルタ要素１２の内周に沿って縦方向に延びる複数のチャンネルが形成される。これらの縦方向チャンネルはフィルタカートリッジの多孔コアを通過する排液を増すことができる。したがって、フィルタカートリッジ１０の入口出口間の圧力損失は、たとえば、図２ａに示すすべてのプリーツが均一な高さを有し、かつカートリッジのコアの回りに密集した状態に詰められる、従来のら旋プリーツフィルタ要素の入口出口間の圧力損失と比べて小さくなる。図２ａに示す従来のら旋プリーツフィルタカートリッジにおいて、カートリッジコアにある空隙は隣接するプリーツルート間に位置する小さな３角形空隙Ｇｉである。
【００２３】
図２ｂについてさらに参照すると、フィルタ要素１２の長いプリーツのプリーツルート間に生成する空隙、すなわち、プリーツ１４ａおよび１４ｃのプリーツルートＲａおよびＲｃ間に空隙Ｖｉが存在するので、それぞれ、大きく開いた空隙Ｇｅが、長い方の各プリーツの全長に沿って隣接するプリーツ脚の面Ｓｅ間に形成されるように、ルートは外方向に膨みを持つことができる。長いプリーツのプリーツルート内部に形成される、この開いた空隙はフィルタのコア付近での圧力損失をさらに減少させることにより、フィルタカートリッジの流体流動特性を改善することができる。これと対照的に、たとえば、図２ａに示すすべてのプリーツが等しい高さを有し、プリーツルートがカートリッジのコアの回りに密集した状態に詰められる、従来のら旋プリーツフィルタにおいてはプリーツのルート内に空隙が存在しない。
【００２４】
図２と共に図３を参照すると、フィルタ要素１２の長いプリーツ、たとえば、プリーツ１４ａ、１４ｃは、好ましくは、（Ｄ−ｄ）／２よりも大きい高さＨを有する。ここで、Ｄはケージ３０の内径であり、ｄはコア２０の外径である。フィルタ要素の短いプリーツ、たとえば、プリーツ１４ｂは長いプリーツの高さよりも短い、高さｈを有する。この短いプリーツの高さｈが長いプリーツの高さＨよりも小さい値にする限り、短いプリーツは、（Ｄ−ｄ）／２より小さいか、等しいか、またはそれよりも大きい高さを有することができる。好ましくは、長いプリーツ高さに対する短いプリーツの比ｈ／Ｈは約５０％〜９５％である。実例として、プリーツ高さ比が約９２％と等しくなるように、長いプリーツのプリーツ高さＨが約２１．０８ｍｍ（０．８３０インチ）と等しく、短いプリーツのプリーツ高さｈは約１９．３０ｍｍ（０．７６インチ）と等しくする。この比が、図１および図２に示す形式のフィルタにおける流体流動特性の最適値を呈することは実験から決定した。
【００２５】
図５および図６を参照すると、参照符号１１０で示した本発明のプリーツフィルタカートリッジの別の好ましい実施例が示される。このフィルタカートリッジ１１０は、中心部の多孔コア１２０を取り囲み、エンドキャップを有する外側の多孔ケージ１３０内に収容された複数の縦方向プリーツ１１４を有する、ステップら旋プリーツフィルタ要素１１２を備える。
【００２６】
このフィルタ要素１１２では、隣接するプリーツ脚は異なるプリーツ脚高さを有する。より詳しくは、図７および図８に示すように、第１のプリーツ１１４ａはプリーツ頂部Ｃａで互いに連結される、プリーツ脚Ｌ１およびＬ２を有する。第２のプリーツ１１４ｂはプリーツ頂部Ｃｂで互いに連結される、プリーツ脚Ｌ３およびＬ４を有する。プリーツ１１４ａのプリーツ脚Ｌ２はルートＲａ、ｂでプリーツ１１４ｂのプリーツ脚Ｌ３と連結される。第３のプリーツ１１４ｃはプリーツ頂部Ｃｃで互いに連結される、プリーツ脚Ｌ５およびＬ６を有する。プリーツ１１４ｃのプリーツ脚Ｌ５はルートＲｂ、ｃでプリーツ１１４ｂのプリーツ足Ｌ４に連結される。第４のプリーツ１１４ｄはプリーツ頂部Ｃｄで互いに連結される、プリーツ脚Ｌ７およびＬ８を有する。プリーツ１１４ｄのプリーツ脚Ｌ７はルートＲｃ、ｄでプリーツ１１４ｃのプリーツ脚Ｌ６と連結される。このステッププリーツ脚パターンは全てのフィルタ要素１１２の回りに同じ配置方式で繰り返し現れる。
【００２７】
プリーツ脚Ｌ１の高さはプリーツ脚Ｌ５の高さと等しく、かつプリーツ脚Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６およびＬ８は高さが等しく、これに対し、プリーツ脚Ｌ３の高さはプリーツ脚Ｌ７の高さと等しいことは理解される。このプリーツ脚高さ間の関係は不等式Ｈ１、５＜Ｈ２、４、６，８＜Ｈ３．７により表わすことができる。好ましくは、最も長いプリーツ脚高さＨ３．７は（Ｄ−ｄ）／２よりも大きい。ここで、Ｄはケージ１３０の内径であり、ｄはコア１２０の外径である。したがって、フィルタ要素１１２の短いプリーツ脚、すなわち、プリーツ脚Ｌ１、Ｌ２、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６およびＬ８は、短いプリーツの高さを最も長いプリーツの高さよりも小さい値にする限り、（Ｄ−ｄ）／２より小さいか、等しいか、またはそれよりも大きいプリーツ脚高さを有する。実例として、最も長いプリーツ脚高さＨ３．７は約２１．０８ｍｍ（０．８３０インチ）と等しく、中間のプリーツ脚高さＨ２、４、６，８は約１９．３０ｍｍ（０．７６０インチ）と等しく、最も短いプリーツ脚高さＨ１、５は約１７．２７ｍｍ（０．６８０インチ）と等しい。これにより、最も長いプリーツ脚高さに対するプリーツ脚高さの比は中間のプリーツ脚の場合、約９２％（Ｈ２、４、６，８／Ｈ３．７＝０．９２）であり、最も短いプリーツ脚の場合、約８２％（Ｈ１、５／Ｈ３．７＝０．８２）である。
【００２８】
図６ｂに示すように、プリーツルートＲａ、ｂおよびＲｃ、ｄはフィルタ要素１１２の内周でフィルタカートリッジ１１０のコア１２０と接し、これに対し、プリーツルートＲｂ、ｃは、プリーツルートＲａ、ｂおよびＲｃ、ｄ間にフィルタ要素１１２の内周に沿う縦方向チャンネルを形成するように十分な半径方向距離を保ってコア１２０から間隔を開け配置される。同様に、プリーツ頂部ＣｂおよびＣｄはフィルタ要素１１２の外周でフィルタカートリッジ１１０のケージ１３０と接し、これに対し、プリーツ頂部ＣａおよびＣｃは、プリーツ頂部ＣｂおよびＣｄ間に形成される、縦方向チャンネルのようなフィルタ要素１１２の外周に沿う縦方向チャンネルを形成するために、十分な半径方向距離を保ってケージ１３０から間隔を開け配置される。結果として、フィルタ要素１１２の外周に沿って縦方向に延びる複数の縦方向チャンネルが形成され、ケージ１３０からフィルタ要素に流入する流体の半径方向への流れを増すことができる。また、フィルタ要素１１２の内周に沿って縦方向に延びる複数のチャンネルが形成され、フィルタカートリッジ１１０の多孔コア１２０を経てフィルタ要素から流出する排液を増すことができる。
【００２９】
本発明のら旋プリーツフィルタ要素は、その開示が参照によってここに取り入れられる、ポール等に付与された米国特許第５，８８２，２８８号明細書に開示され、記述される方法および装置を用いて製作してもよい。これに代えて、この技術分野で知られたら旋成形法を利用してもよい。
【００３０】
本発明のら旋プリーツフィルタ要素は、好ましくは、ろ材とこのろ材の上流側および下流側の双方に設けられる排液用材料とを備える、複合構造体として形成される。ろ材の種類はろ過しようとする流体および望ましいろ過特性に従って選択することができる。このろ材は多孔性フィルムまたは繊維性シートないしマスを備えることができる。ろ材は均一なあるいは等級付けされた多孔性構造および適当な有効ポアサイズを有し、天然素材ないし合成高分子化合物、ガラスまたは金属のような、任意の適する材料から作製される。このろ材は材料の単一層で構成するか、あるいは望ましい厚さを得るために積層した同じろ材からなる複数の層で構成してもよい。このろ材が、１層が他の層のプレフィルタとして働く、異なるろ過特性を有する、２層ないしそれ以上のろ材からなる層を備えることは想像される。
【００３１】
複合フィルタ要素の上流排液層および下流排液層または支持層は適する排液特性を有する、任意の材料から作製することができる。たとえば、排液層はメッシュまたはスクリーンあるいは多孔性織布もしくは不織シートの形態で作製される。メッシュおよびスクリーンは高温ろ過用途でしばしば使用される、金属メッシュ、及び、典型的には、低温ろ過用途で使用される、高分子化合物メッシュを含む、多様な形態で提供される。高分子化合物メッシュは製織メッシュおよび押出し成形メッシュの形態で提供される、どちらの種類を使用してもよい。上流排液層および下流排液層がろ過用途に応じて同一の材料または異なる材料を用いて作製できることは想像される。
【００３２】
実例として、図１に示すら旋Ｗ−プリーツフィルタ要素は、不織上流排液層１６および不織下流排液層１８（図４について同時に参照）によって支持された、少なくとも１層のろ材層１５を備える、多層複合構造体である。同様に、図５に示すステップら旋プリーツフィルタ要素は製織メッシュ上流排液層１１６および不織下流排液層１１８（図８について同時に参照）によって支持された、少なくとも１層のろ材層１１５を備える、多層複合構造体である。これに代わるものでは、フィルタ用途に応じて、上流排液層は不織布であり、かつ、下流排液層は製織メッシュまたはネットで構成してもよい。
【００３３】
フィルタ入口出口間の圧力損失を評価するために、それぞれ本発明に従って構成されたプリーツフィルタ要素を備える、３基の異なる型式の１０インチ形カートリッジで試験を行った。各試験において、本発明カートリッジは図２に示すようなら旋Ｗ−プリーツ配置を備えており、この発明カートリッジと、たとえば、図２ａに示すような各プリーツの高さが等しい、従来のら旋プリーツ配置で構成したフィルタ要素を備える、１０インチ形対照カートリッジとを比較した。
【００３４】
第１の試験において、本発明フィルタ要素および従来のら旋プリーツフィルタ要素は上流支持材料および下流支持材料として０．８μナイロン薄膜を用いて不織フロイデンベルグ１７グラムメッシュで構成した。第２の試験において、本発明フィルタ要素および従来のら旋プリーツフィルタ要素は、０．６５μナイロン薄膜を用いて、上流支持材料として不織フロイデンベルグ１７グラムメッシュでおよび下流支持材料として非対称５ミル・デルネット（Ｄｅｌｎｅｔ，登録商標）メッシュで構成した。第３の試験において、本発明フィルタ要素および従来のら旋プリーツフィルタ要素は、０．６５μナイロン薄膜を用いて、上流支持材料として不織タイパー（Ｔｙｐａｒ，登録商標）Ｔ３０９１Ｌメッシュおよび下流支持材料として非対称５ミル・デルネット（登録商標）メッシュで構成した。
【００３５】
この試験は温度２５°Ｃに保たれる水を用いて運転し、容器損失は圧力差の読みから減算で求めた。各試験において、データは３つの異なる型式のカートリッジ構成体についてそれぞれ４−６基のカートリッジを用いて収集した。データは平均値を算出し、下記のように表にまとめた。
【００３６】
【表　１．０】
2004512926.tif 000003
【００３７】
【表　２．０】
2004512926.tif 000004
【００３８】
【表　３．０】
2004512926.tif 000005
【００３９】
要するに、３つの試験において、本発明のら旋プリーツフィルタカートリッジ入口出口間の圧力損失ΔＰは構成について同一材料を使用する、従来のら旋プリーツフィルタカートリッジ入口出口間の圧力損失よりも小さい値であった。
【００４０】
この明細書に開示され、図２および図６に実施例として示されるら旋プリーツフィルタ要素のプリーツパターンが本発明の精神および範囲から離れずに変更できることは想像される。たとえば、フィルタ要素１２の短いプリーツは、ここに示され、かつ記述されたように隣り合う個々のプリーツ間に配置するのではなく、むしろ隣り合う一対の長いプリーツ間に配置することができる。このような場合、プリーツ高さ比（ｈ／Ｈ）は同じままであってもフィルタ要素の短いプリーツの数は減少し、フィルタ要素の全表面積は増加する。それにもかかわらず、複数の縦方向チャンネルは頻度が同じでフィルタ要素の内周に沿って延び、フィルタカートリッジのコアを通過する排液を増すことができ、これにより、従来のら旋プリーツフィルタカートリッジと比べてフィルタカートリッジ入口出口間の圧力損失を改善することができる。
【００４１】
本発明のフィルタカートリッジが好ましい実施例について説明されたが、当業者が、添付の請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲から逸脱せずに変更し、変形することができることは容易に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
本発明が属する技術分野の当業者が本発明のフィルタカートリッジを製造し使用する方法をより容易に理解するように、好ましい実施例を参照図とともに記載する。
【図１】
図１は、多孔コアを取り囲み、多孔ケージ内に収容されたら旋Ｗ−プリーツフィルタ要素を備える、本発明の好ましい実施例に従って構成されたプリーツフィルタカートリッジを、一部断面により表わす斜視図である。
【図２】
図２は、プリーツ高さが均一な頻度でフィルタ要素の内周の周りで互い違いに配置される独自のプリーツ配置を示す図１のら旋Ｗ−プリーツフィルタカートリッジの横断面図である。
【図２ａ】
図２ａは、隣接するプリーツのルートがフィルタカートリッジのコアの回りで密集して詰められる、従来のら旋プリーツフィルタ要素のプリーツ配置を示す図２ｂと同様な図である。
【図２ｂ】
図２ｂは、フィルタカートリッジのコアで隣接するプリーツルートの離隔配置関係を示す、図２のら旋Ｗ−プリーツフィルタカートリッジの拡大部分図である。
【図３】
図３は、交互配置のプリーツの相対高さを示す、図１および図２のフィルタカートリッジ配置で使用されるプリーツ群の一部を示す平面図である。
【図４】
図４は、たとえば、不織布の上流排液層および下流排液層の間に配置されたろ材層を備える、プリーツ群の多層複合構造体を示す、図１および図２のフィルタカートリッジの配置で使用されるプリーツ群の一部を示す斜視図である。
【図５】
図５は、多孔コアを取り囲み、多孔ケージ内に収容されたステップら旋プリーツフィルタ要素を備える、本発明の好ましい実施例に従って構成された別のプリーツフィルタカートリッジを、一部を断面により表わす斜視図である。
【図６】
図６は、プリーツ高さがフィルタ要素の内周および外周の回りで互い違いに配置される、独自のプリーツ配置を示す、図５のステップら旋プリーツフィルタカートリッジの横断面図である。
【図６ａ】
図６ａは、フィルタカートリッジのケージにおいて隣接するプリーツ冠部の離隔配置関係を示す、図６のステップら旋プリーツフィルタカートリッジの拡大部分図である。
【図６ｂ】
図６ｂは、フィルタカートリッジのコアにおいて隣接するプリーツルートの離隔配置関係を示す、図６のステップら旋プリーツフィルタカートリッジの拡大部分図である。
【図７】
図７は、ステッププリーツ脚の相対高さを示す、図５および図６のフィルタカートリッジの配置で使用されるプリーツ群の一部を示す平面図である。
【図８】
図８は、不織布の排液層およびメッシュ排液層間に配置されたろ材層を備えるプリーツ群の多層複合構造体を示す、図５および図６のフィルタカートリッジの配置で使用されるプリーツ群の一部を示す斜視図である。
【図２ａ】
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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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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004512926.tif 000039
【国際調査報告】
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