(57)【要約】      （修正有）【課題】流体中の粒状物質を濾過するためのフィルターエレメントに関し、特に、様々な大きさの粒状物質を濾過するように構成された複数の濾過領域を含むカーボンブロックのフィルターエレメント及びその製造方法の提供。【解決手段】第１の大きさの粒子を含む第１の濾過領域２と、第２の大きさの粒子を含む第２の濾過領域３と、第１の大きさの粒子と第２の大きさの粒子の混合物を含み、第１の濾過領域と第２の濾過領域を相互に連結する遷移領域４とを含み、異なる大きさを有する２種類の活性炭粒子５，１３と、その周りの超高分子量のポリエチレンを焼結することによって形成されるカーボンブロックであり、高い濾過能力と高い吸収能力の両方を有するフィルターエレメント１とその製造方法。【選択図】図１
2017124395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の濾過領域（２）と、
第２の濾過領域（３）と
を含み、前記第１の濾過領域（２）は、第１の大きさの粒子（５）の集合を含み、それらの間に形成された第１の大きさの粒子間の細孔（１４）を備え、前記第２の濾過領域（３）は、第２の大きさの粒子（１３）の集合を含み、それらの間に形成された第２の大きさの粒子間の細孔（１５）を備え、前記第１の大きさの粒子間の細孔（１４）が前記第２の大きさの粒子間の細孔（１５）よりも大きくなるように、前記第１の大きさの粒子（５）の平均サイズは、前記第２の大きさの粒子（１３）の平均サイズよりも大きい、流体を浄化するためのフィルターエレメント（１）であって、
前記第１の大きさの粒子（５）及び前記第２の大きさの粒子は同じフィルター材料から形成され、前記フィルターエレメント（１）は、前記第１の濾過領域（２）と前記第２の濾過領域（３）とを相互に連結する遷移領域（４）を更に含み、該遷移領域（４）は、前記第１の濾過領域（２）から前記第２の濾過領域（３）への方向に見て、前記第１の大きさの粒子間の細孔（１４）の大きさから前記第２の大きさの粒子間の細孔（１５）の大きさへ次第に小さくなる大きさの粒子間の細孔を有するようにして、前記第１の大きさの粒子（５）と前記第２の大きさの粒子（１３）の混合物から形成されることを特徴とする、フィルターエレメント（１）。
【請求項２】
前記遷移領域（４）は、前記第１の濾過領域（２）から前記第２の濾過領域（３）への方向で見て、次第に減少する前記第１の大きさの粒子（５）の含有量及び次第に増加する前記第２の大きさの粒子（１３）の含有量を有する、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項３】
前記第１の濾過領域（２）は、前記流体の流れ方向（Ｆ）で前記第２の濾過領域（３）の上流に配置される、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項４】
前記第１の大きさの粒子（５）及び第２の大きさの粒子（１３）の両方が、活性炭粒子から選択される、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項５】
前記活性炭粒子は、該活性炭粒子を取り囲む結合剤としてポリエチレン粒子を含む、請求項４に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項６】
前記ポリエチレンは超高分子量のポリエチレンである、請求項５に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項７】
前記超高分子量のポリエチレンは、１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する、請求項６に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項８】
前記第１の大きさの粒子（５）は２５０μｍより大きな粒子サイズを有し、前記第２の大きさの粒子（１３）は６０μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項９】
前記第１の濾過領域（２）は、２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、２００μｍ以下の粒子サイズを有する粒状物質が前記第１の濾過領域（２）に入り込む及び／又は前記第１の濾過領域（２）を通過するようにし、前記遷移領域（４）は、１μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、前記第２の濾過領域（３）は、１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成される、請求項８に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項１０】
前記第１の濾過領域（２）、前記遷移領域（４）、及び／又は前記第２の濾過領域（３）は、粒状物質を吸収する、特に塩素を吸収する能力のある物質から作られる、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項１１】
前記フィルターエレメント（１）は、焼結された円筒構造として形成され、前記第１の濾過領域（２）は前記遷移領域（４）を取り囲み、そして該遷移領域（４）は前記第２の濾過領域（３）を取り囲む、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）。
【請求項１２】
粒状材料を収容するようにされた空洞を有する型（７）を与えるステップと、ここで前記型（７）は前記空洞を第１の空洞（１１）及び第２の空洞（１２）に分割する網（１０）を含み、
前記第１の空洞（１１）及び前記第２の空洞（１２）をそれぞれ前記第１の大きさの粒子（５）及び前記第２の大きさの粒子（１３）で満たすステップと、ここで前記第１の大きさの粒子（５）の平均サイズは、前記第２の大きさの粒子（１３）の平均サイズよりも大きく、前記第１の大きさの粒子（５）及び前記第２の大きさの粒子（１３）は同じフィルター材料から作られ、
前記第１の大きさの粒子（５）及び前記第２の大きさの粒子（１３）が互いに向かって動かされて、前記第１の濾過領域（２）と前記第２の濾過領域（３）を相互に連結する遷移領域（４）を形成するようにして前記網（１０）を前記型（７）から取り除くステップと、
前記第１の大きさの粒子（５）を含み、その間に形成された前記第１の大きさの粒子間の細孔（１４）を備えた前記第１の濾過領域（２）と、前記第２の大きさの粒子（１３）を含み、その間に形成された前記第２の大きさの粒子間の細孔（１５）を備えた前記第２の濾過領域（３）とを形成するために、前記第１の大きさの粒子（５）及び前記第２の大きさの粒子（１３）を適切な温度で焼結するステップと、ここで前記第１の大きさの粒子間の細孔（１４）は、前記第２の大きさの粒子間の細孔（１５）よりも大きく、前記遷移領域（４）は、前記第１の濾過領域（２）から前記第２の濾過領域（３）への方向で見て、前記第１の大きさの粒子間の細孔（１４）の大きさから前記第２の大きさの粒子間の細孔（１５）へ次第に小さくなる大きさの粒子間の細孔を有するようにして、前記第１の大きさの粒子（５）と前記第２の大きさの粒子（１３）の混合物を焼結することによって形成される、請求項１に記載のフィルターエレメント（１）を製造する方法。
【請求項１３】
前記焼結するステップは、前記遷移領域（４）が前記第１の濾過領域（２）から前記第２の濾過領域（３）への方向で見て、次第に減少する前記第１の大きさの粒子（５）の含有量及び次第に増加する前記第２の大きさの粒子（５）の含有量を有するようにして行われる、請求項１２に記載方法。
【請求項１４】
前記温度は１７０℃〜２２０℃である、請求項１２に記載方法。
【請求項１５】
前記第１の大きさの粒子（５）と前記第２の大きさの粒子（１３）の両方が、活性炭粒子から選ばれる、請求項１２に記載方法。
【請求項１６】
前記活性炭粒子は、該活性炭粒子を取り囲む結合剤としてポリエチレン粒子を含む、請求項１５に記載方法。
【請求項１７】
前記ポリエチレンは超高分子量のポリエチレンである、請求項１６に記載方法。
【請求項１８】
前記超高分子量のポリエチレンは、１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する、請求項１７に記載方法。
【請求項１９】
前記第１の大きさの粒子（５）は２５０μｍより大きな粒子サイズを有し、前記第２の大きさの粒子（１３）は６０μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する、請求項１２に記載方法。
【請求項２０】
前記焼結するステップは、前記第１の濾過領域（２）が２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、２００μｍ以下の粒子サイズを有する粒状物質が前記第１の濾過領域（２）に入り込む及び／又は前記第１の濾過領域（２）を通過するようにし、前記遷移領域（４）が１μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、前記第２の濾過領域（３）が１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成されるようにして行われる、請求項１９に記載方法。
【請求項２１】
前記型は、円筒形の内壁（８）と、円筒形の外壁（９）と、前記内壁（８）の直径より大きいが前記外壁（９）の直径より小さい直径を有する円筒形の網（１０）とを有する、請求項１２に記載方法。
【請求項２２】
前記網（１０）と前記外壁（９）とが一緒になって前記第１の空洞（１１）を定め、前記網（１０）と前記内壁（８）とが一緒になって前記第２の空洞（１２）を定める、請求項２１に記載方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中の粒状物質を濾過するためのフィルターエレメントに関し、特に、様々な大きさの粒状物質を濾過するように構成された複数の濾過領域を含むカーボンブロックのフィルターエレメント及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
濾過用のカーボンブロックは、活性炭粒子及び適した結合剤から作られる。従来技術でのカーボンブロックの製造方法は、カーボンブロックの常圧焼結及び加圧焼結を含む。どちらの方法が使われても、得られるカーボンブロックの構造は均質である。すなわち、活性炭粒子間に形成される細孔は実質的に等しい大きさであり、細孔の大きさよりも小さい全ての粒状物質を濾過する。
【０００３】
小さな活性炭粒子が、高い塩素吸収能力を有するカーボンブロックを製造するために選択されることができる。しかし、活性炭粒子が小さい場合、カーボンブロックの一方から他方の側面へ横断する時の圧力損失が増大し、そしてカーボンブロックでの粒子間の細孔が、流体中の粒状物質によって容易に詰まる。表面の粒子間の小さな細孔が細孔に小さな粒状物質を詰まらせて、それにより流体の流れが阻害されるこの種の濾過は、表面濾過と呼ばれる。この種の濾過では、カーボンブロックの内部に塩素を吸収するために完全に利用されていない多くの活性炭粒子がまだあるにも拘わらず、処理される流体はこれらの活性炭粒子に接触することができない。
【０００４】
別の態様では、表面の粒子間の細孔が詰まるのを防ぐために、カーボンブロックはより大きな活性炭粒子から作られる。しかし、より大きな活性炭粒子は、カーボンブロックの一方から他方の側面へ横断するための圧力を大きく下げ、カーボンブロックを通って流れる流体の流速を大きく増加させ、すなわちカーボンブロックでの流体の保持時間を大きく低下させ、したがって流体中の粒状物質に対するカーボンブロックでの活性炭粒子の吸収能力に深刻な影響を与える。更に、活性炭粒子が大きくなるにつれて、カーボンブロックでの粒子間の細孔も大きくなり、より小さな（１μｍ未満などの）粒状物質がそこを通過することを可能にする。あるカーボンブロックでは、５μｍより大きな粒状物質だけを濾過することができる。
【０００５】
したがって、現在、高い濾過能力（より小さな粒状物質を濾過することができる）と高い吸収能力（粒状物質を吸収するカーボンブロック内部の活性炭粒子を完全に使用する）の両方を有するフィルターエレメントが必要とされている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の技術的課題を解決するために、本発明は、粒状材料を焼結することによって形成された、カーボンブロックなどのフィルターエレメントを提供することを目的とする。第１の濾過領域は、より大きな粒子サイズのフィルター材料（活性炭など）からなり、流体の流れ方向の上流に配置される。第１の濾過領域は、より大きなサイズの粒状物質を濾過するために用いられる。第２の濾過領域は、より小さな粒子サイズのフィルター材料からなり、流体の流れ方向の下流に配置される。第２の濾過領域は、より小さなサイズの粒状物質を濾過するために用いられ、粒状物質を吸収することもできる。第１の濾過領域と第２の濾過領域の間に、より大きなサイズのフィルター材料とより小さなサイズのフィルター材料の混合からなる遷移領域が存在する。そのようなフィルターエレメントは、より小さなサイズの粒状物質を濾過することと、粒状物質を吸収するためにフィルターエレメントのより内側のフィルター材料を完全に利用することの両方、すなわち、より高いフィルター能力とより高い吸収能力の両方を有することが可能である。更に、そのようなフィルターエレメントは粒状物質によって詰まり難く、したがってより長い寿命期間を有する。
【０００７】
特に、本発明は、第１の濾過領域と第２の濾過領域とを含む、流体中の粒状物質を浄化するためのフィルターエレメントを提供する。第１の濾過領域は、第１の大きさの粒子の集合を含み、それらの間に形成された第１の大きさの粒子間の細孔を備える。第２の濾過領域は、第２の大きさの粒子の集合を含み、それらの間に形成された第２の大きさの粒子間の細孔を備える。第１の大きさの粒子間の細孔が第２の大きさの粒子間の細孔よりも大きくなるように、第１の大きさの粒子の平均サイズは、第２の大きさの粒子の平均サイズよりも大きくされる。フィルターエレメントは、第１の濾過領域と第２の濾過領域とを相互に連結する遷移領域を更に含む。遷移領域は、細孔の大きさが第１の濾過領域から第２の濾過領域への方向で見て、第１の大きさの粒子間の細孔の大きさから第２の大きさの粒子間の細孔の大きさへ次第に小さくなる粒子間の細孔を有するようにして、第１の大きさの粒子と第２の大きさの粒子の混合物から形成される。
【０００８】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、遷移領域は、第１の濾過領域から第２の濾過領域への方向で見て、次第に減少する第１の大きさの粒子の含有量及び次第に増加する第２の大きさの粒子の含有量を有する。
【０００９】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、第１の濾過領域は、流体の流れ方向で第２の濾過領域の上流に配置される。
【００１０】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、第１の大きさの粒子及び第２の大きさの粒子の両方が、活性炭粒子から選択される。
【００１１】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、活性炭粒子は、活性炭粒子を取り囲む結合剤としてポリエチレン粒子を含む。好ましくは、ポリエチレンは超高分子量のポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。より好ましくは、超高分子量のポリエチレンは１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する。
【００１２】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、第１の大きさの粒子は２５０μｍより大きな粒子サイズを有し、第２の大きさの粒子は６０μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する。好ましくは、第１の濾過領域は、２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、２００μｍ以下の粒子サイズを有する粒状物質が第１の濾過領域に入り込む及び／又は第１の濾過領域を通過するようにする。遷移領域は、１μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成される。第２の濾過領域は、１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成される。
【００１３】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、第１の濾過領域、第２の濾過領域、及び／又は遷移領域は、粒状物質を吸収する、特に塩素を吸収する能力のある物質から作られる。好ましくは、粒状物質は、主として第２の濾過領域で吸収される。
【００１４】
本発明のフィルターエレメントの一実施形態では、フィルターエレメントは、焼結された円筒構造として形成され、第１の濾過領域は遷移領域を取り囲み、そして遷移領域は第２の濾過領域を取り囲む。言い換えれば、第１の濾過領域はフィルターエレメントの外側に近く、第２の濾過領域はフィルターエレメントの内側に近く、遷移領域は第１の濾過領域と第２の濾過領域の間に位置する。
【００１５】
本発明の別の態様では、フィルターエレメントを製造する方法が提供される。その方法は、粒状材料を収容するようにされた空洞を有する型を与えるステップと、ここで型はその空洞を第１の空洞及び第２の空洞に分割する網を含み、
第１の空洞及び第２の空洞をそれぞれ第１の大きさの粒子及び第２の大きさの粒子で満たすステップと、ここで第１の大きさの粒子の平均サイズは、第２の大きさの粒子の平均サイズよりも大きく、
第１の大きさの粒子及び第２の大きさの粒子が互いに向かって動かされて第１の濾過領域と第２の濾過領域を相互に連結する遷移領域を形成するようにして、型から網を取り除くステップと、
第１の大きさの粒子を含み、その間に形成された第１の大きさの粒子間の細孔を備えた第１の濾過領域と、第２の大きさの粒子を含み、その間に形成された第２の大きさの粒子間の細孔を備えた第２の濾過領域とをそれぞれ形成するために、第１の大きさの粒子及び第２の大きさの粒子を適切な温度で焼結するステップと、ここで第１の大きさの粒子間の細孔は、第２の大きさの粒子間の細孔よりも大きく、遷移領域は、第１の濾過領域から第２の濾過領域への方向で見て、第１の大きさの粒子間の細孔の大きさから第２の大きさの粒子間の細孔の大きさへ次第に小さくなる大きさの粒子間の細孔を有するようにして、第１の大きさの粒子と第２の大きさの粒子の混合物を焼結することによって形成される。好ましくは、焼結温度は１７０℃〜２２０℃である。
【００１６】
本発明の方法の一実施形態によれば、焼結するステップは、遷移領域が第１の濾過領域から第２の濾過領域への方向で見て、次第に減少する第１の大きさの粒子の含有量及び次第に増加する第２の大きさの粒子の含有量を有するようにして行われる。
【００１７】
本発明の方法の一実施形態によれば、第１の大きさの粒子と第２の大きさの粒子の両方が、活性炭粒子から選ばれる。
【００１８】
本発明の方法の一実施形態によれば、活性炭粒子は、活性炭粒子を取り囲む結合剤としてポリエチレン粒子を含む。好ましくは、ポリエチレンは超高分子量のポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）である。より好ましくは、超高分子量のポリエチレンは１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する。
【００１９】
本発明の方法の一実施形態によれば、第１の大きさの粒子は２５０μｍより大きなサイズを有し、第２の大きさの粒子は６０μｍ〜２００μｍの大きなサイズを有する。好ましくは、焼結するステップは、第１の濾過領域が２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、２００μｍ以下の粒子サイズを有する粒状物質が第１の濾過領域に入り込む及び／又は第１の濾過領域を通過するようにし、遷移領域が１μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成され、第２の濾過領域が１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成されるようにして行われる。
【００２０】
本発明の方法の一実施形態によれば、型は、円筒形の内壁と、円筒形の外壁と、内壁の直径より大きいが外壁の直径より小さい直径を有する円筒形の網とを有する。好ましくは、網と外壁が第１の空洞を定め、網と内壁が第２の空洞を定める。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態によるフィルターエレメントの構造の概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態によるフィルターエレメントの断面図である。
【図３】本発明の実施形態による本発明のフィルターエレメントを製造するための型の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は、本発明の実施形態のフィルターエレメント１を示す。この実施形態では、フィルターエレメント１はカーボンブロックであり、すなわち活性炭粒子及び適した結合剤（塑性材料など）から形成される。しかし、本発明のフィルターエレメントは、いずれかの形状のセラミックブロック、焼結ＰＥブロック、焼結金属ブロックなどのいかなる濾材からも形成されることができ、それは当業者の能力の範囲内である。
【００２３】
フィルターエレメント１は、流体の流れ方向Ｆの上流に位置する第１の濾過領域２と、流体の流れ方向Ｆの下流に位置する第２の濾過領域３と、第１の濾過領域２と第２の濾過領域３を相互に連結する遷移領域４とを含む。第１の濾過領域２は、第１の大きさの粒子の集合を含む。この実施形態では、第１の大きさの粒子は、２５０μｍより大きな粒子サイズを有する大きな活性炭粒子５である。適したサイズのポリエチレン粒子が、大きな活性炭粒子５の外側表面の少なくとも一部に配置される。ポリエチレンの機能は、第１の濾過領域２を形成するために、大きな活性炭粒子５を結合する大きな活性炭粒子５の間での結合剤としての役割を果たす。第１の大きさの粒子間の細孔１４は、大きな活性炭粒子５の間に形成される。第１の濾過領域２は、２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質６を濾過するように構成される。すなわち、２００μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質は第１の濾過領域２の外側でブロックされ、２００μｍ以下の粒子サイズを有する粒状物質が第１の濾過領域２に入り込むか、又は第１の濾過領域２を通過するようにする。
【００２４】
第２の濾過領域３は、第２の大きさの粒子の集合を含む。この実施形態では、第２の大きさの粒子は、６０μｍ〜２５０μｍの粒子サイズを有する小さな活性炭粒子１３から形成される。小さな活性炭粒子１３もまた適したサイズのポリエチレン粒子を有し、それは第２の濾過領域３を形成するために、小さな活性炭粒子１３を結合するための、小さな活性炭粒子を取り囲む結合剤としての役割を果たす。第２の大きさの粒子間の細孔１５は、小さな活性炭粒子１３の間に形成される。第２の濾過領域３は、１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成される。超高分子量のポリエチレン、特に１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する超高分子量のポリエチレンが外側表面に配置される大きな活性炭粒子５及び小さな活性炭粒子１３は良好な濾過効果をもたらすことが、実験的に証明されている。
【００２５】
図１に示されるように、遷移領域４が第１の濾過領域２と第２の濾過領域３の間に配置される。遷移領域４には、大きな活性炭粒子５と小さな活性炭粒子１３の両方が存在する。更に、遷移領域４は、流体の流れ方向Ｆに見て、次第に減少する大きな活性炭粒子５の含有量及び次第に増加する小さな活性炭粒子１３の含有量を有するようにして構成される。したがって、第１の濾過領域２から第２の濾過領域３への方向で、遷移領域４の粒子間に形成される細孔の大きさは次第に小さくなる。つまり、第１の大きさの粒子間の細孔１４の大きさから始まって、第２の大きさの粒子間の細孔１５の大きさまで次第に小さくなる。遷移領域４は、１μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する粒状物質を濾過するように構成される。
【００２６】
２００μｍより大きな粒子サイズを有し、そのため第１の濾過領域２の外側でブロックされる粒状物質は、第１の濾過領域２の上流表面上に留まって、フィルターエレメント１の一部になる。これらの粒状物質はより大きなサイズを有し、それらの間により大きな間隙を有するので、濾過される流体はブロックされずに粒状物質の間のこれらの間隙を通って滑らかに流れることができる。２００μｍより小さいが１μｍより大きな粒子サイズを有する粒状物質は、第１の濾過領域２に入り込むことができる。この粒子サイズの粒状物質は、第１の濾過領域２を通過して遷移領域４に到達するか、又は第１の濾過領域２の内部に留まる。これらの粒状物質はやはり大きなサイズなので、それらが遷移領域４内部又は第１の濾過領域２内部に留まったとしても、流体は依然として粒状物質の間に形成された間隙を通って流れることができる。したがって、第１の濾過領域２に入り込んだ又は第１の濾過領域２を通過したこれらの粒状物質もまたフィルターエレメント１の一部になり、濾材としてとして機能する。
【００２７】
第２の濾過領域３の活性炭粒子１３はより小さなサイズであり、そのため粒子間の細孔がより小さいので、第２の濾過領域３はより小さな粒子サイズである粒状物質の通過をブロックすることができる。加えて、濾過領域３はまた流体の流速を低下させ、それによってカーボンブロックでの流体の保持時間を延ばし、カーボンブロックの活性炭粒子を流体の粒状物質と十分な時間に亘って接触させることができる。
【００２８】
したがって、本発明の原理は、表面濾過が流体の流れ方向の下流に位置する濾過領域のみで起こるように限定された、異なるサイズの粒状物質の傾斜配置によって達成される深層濾過に基づき、それによってフィルターエレメントが高い濾過能力及び高い吸収能力の両方を有するようにする。更に、先行技術のフィルターエレメントとは異なり、本発明のフィルターエレメントは階層構造でなく、粒子サイズ及び粒子間の細孔の大きさに関して傾斜を有する連続構造として構成される。フィルターエレメント１は、その内部に濾過領域２、遷移領域４及び濾過領域３を有することが定められるが、当業者は３つの濾過領域のそれぞれの２つの隣接する濾過領域の間に境界面がないことを理解するであろう。したがって、本発明によれば、フィルターエレメント１は、大きな活性炭粒子５と小さな活性炭粒子１３とを含み、大きな活性炭粒子５の含有量が流体の流れ方向で次第に減少し、同時に小さな活性炭粒子１３の含有量が流体の流れ方向で次第に増加する１つの濾過領域として理解されることができる。そのような傾斜構造は、本発明のフィルターエレメント１が、詰まりが発生することなしに様々な大きさの粒状物質を良好に濾過及び／又は吸収することができることを可能にする。
【００２９】
図２は、本発明の別の実施形態のフィルターエレメント１を示す。この実施形態では、第１の濾過領域２及び第２の濾過領域３は共に円筒状であり、第１の濾過領域２は遷移領域４を取り囲み、そして遷移領域４は第２の濾過領域３を取り囲む。言い換えれば、第１の濾過領域２はフィルターエレメント１の外側に近く、第２の濾過領域３はフィルターエレメント１の内側に近く、遷移領域４は第１の濾過領域２と第２の濾過領域３の間に位置する。流体の流れ方向Ｆは、フィルターエレメントの外側から内側である。当業者は、本発明のフィルターエレメントは、円錐構造、ブロック構造などのいかなる形状及びいかなる大きさでも形成されることができることを理解するであろう。
【００３０】
本発明の実施形態である図２に示されるようなフィルターエレメント１の製造方法を以下に記載する。当業者は、その方法が図２に示されるような形状であるフィルターエレメントの製造に限定されず、いずれかの他の形状のフィルターエレメントを製造することが必要である場合、対応する形状の型が使用されることを理解するであろう。
【００３１】
図２に示されるようなフィルターエレメント１を製造するために、図３に示されるように最初に粒状材料を収容するのに適した円筒形の型７を与えることが必要である。型７は、１７０℃〜２２０℃の焼結温度で安定であるいずれかの材料から作られることができる。型７は、同心円状に配置された円筒形の内壁８及び円筒形の外壁９を有する。内壁８、外壁９及び型の両端は、粒状材料を収容するための空間を定める。円筒形の網１０が、型７において内壁８及び外壁９と同心円状に配置される。網１０は、内壁８の直径より大きいが、外壁９の直径より小さい直径を有する。言い換えれば、網１０は内壁８と外壁９の間に配置され、型７での粒状材料を収容する空間を第１の空洞１１及び第２の空洞１２に分割する。具体的に言うと、網１０と外壁９は第１の空洞１１を定め、網１０と内壁８は第２の空洞１２を定める。
【００３２】
この実施形態では、フィルターエレメント１を製造するための粒状材料は、第１の大きさの粒子、すなわち２５０μｍより大きな粒子サイズを有する大きな活性炭粒子５と、第２の大きさの粒子、すなわち６０μｍ〜２００μｍの粒子サイズを有する小さな活性炭粒子１３とを含む。大きな活性炭粒子５及び小さな活性炭粒子１３の両方が、その外側表面に配置された超高分子量のポリエチレン粒子を有し、超高分子量のポリエチレン粒子は１２００ｍｌ／ｇ〜４３００ｍｌ／ｇの範囲の粘度を有する。網１０と外壁９の間の第１の空洞１１は大きな活性炭粒子５で満たされ、網１０と内壁８の間の第２の空洞１２は小さな活性炭粒子１３で満たされ、次に大きな活性炭粒子５及び小さな活性炭粒子１３は適度に圧縮される。その後、網１０の除去が網１０が当初配置されていた位置で大きな活性炭粒子５と小さな活性炭粒子１３の接触及び／又は混合をもたらすようにして、網１０は型７の外に取り除かる。具体的には、網１０を取り除く工程の間に、第１の大きさの粒子５及び第２の大きさの粒子１３は、第１の大きさの粒子５及び第２の大きさの粒子１３が再配置されるようにして互いに向かって動かされ、結果としてその領域で粒子間に形成される細孔の大きさが、型の半径方向に沿って内側に向かって次第に小さくなる。
【００３３】
続いて、型が閉じられ、型７に満たされた大きな活性炭粒子５及び小さな活性炭粒子１３は、１７０℃〜２２０℃の温度で焼結される。この温度で、大きな活性炭粒子５及び小さな活性炭粒子１３の外側表面に配置された超高分子量のポリエチレンは柔らかくなって（しかし溶けない）結合し、それによってこれらの活性炭粒子もまた結合して、相対的に安定なカーボンブロックを形成する。大きな活性炭粒子５のみが結合したこのカーボンブロックの外側部分は、第１の濾過領域２である。第１の大きさの粒子間の細孔１４は、第１の濾過領域２において大きな活性炭粒子５の間に形成される。小さな活性炭粒子１３のみが結合したこのカーボンブロックの内側部分は、第２の濾過領域３である。第２の大きさの粒子間の細孔１５は、第２の濾過領域３において小さな活性炭粒子１３の間に形成される。網１０が除去される前に配置されていた部分では、大きな活性炭粒子５と小さな活性炭粒子１３が混合され、遷移領域４を形成するために結合される。遷移領域４の外側部分は、大きな活性炭粒子５からなる第１の遷移領域２に近く、遷移領域４の内側部分は、第２の活性炭粒子１３からなる第２の遷移領域３に近く、したがって形成された遷移領域４は、外側部分から内側部分に向かう方向で、次第に減少する大きな活性炭粒子５の含有量及び次第に増加する小さな活性炭粒子１３の含有量を有する。その結果、遷移領域４で活性炭粒子間に形成される粒子間の細孔の大きさは、外側部分から内側部分に向かって次第に小さくなり、第１の大きさの粒子間の細孔１４の大きさから始まって、第２の大きさの粒子間の細孔１５の大きさで終わる。
【００３４】
本発明の本質がいくつかの好ましい実施形態に基づいて十分に説明されたが、本発明は、上記実施形態及び図での構造及び機能に限定されるべきでない。本発明は、本発明の基本原理が変更、改変、修正されない限り、細部において改良され得ることが一般的に考えられる。本発明の範囲を逸脱することなく当業者の一般的知識を組み合わせることによって容易に得られる多くの変形及び改良は、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１      フィルターエレメント
２      第１の濾過領域
３      第２の濾過領域
４      遷移領域
５      大きな活性炭粒子
６      粒状物質
７      型
８      内壁
９      外壁
１０    網
１１    第１の空洞
１２    第２の空洞
１３    小さな活性炭粒子
１４    第１の大きさの粒子間の細孔
１５    第２の大きさの粒子間の細孔
Ｆ      流体の流れ方向
【図１】
2017124395.tif 000003
【図２】
2017124395.tif 000004
【図３】
2017124395.tif 000005
【外国語明細書】
2017124395000001.pdf