(57)【要約】  本発明は、矩形形状のフィルタおよび集滴要素、ならびに複数のこのような矩形形状の要素を収納する容器を開示する。より大きい濾過効率または分離効率が、容器内の矩形形状のフィルタ要素の増加された数、および整合によって提供される。矩形形状のフィルタ要素は、交換も容易である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタ要素であって、
ａ）頂部および底部が互いに平行で、前記頂部と前記底部との間の長辺が、前記底部が前記頂部よりも広くなるよう張り出ている、台形状のプリーツ型フィルタ媒体と、
ｂ）前記頂部から前記底部へ延びる前記台形の内側の前記プリーツ型媒体によって作り出される中央空隙と、
ｃ）前記フィルタ要素の頂部の矩形の外形を維持した、前記プリーツ型媒体の前記頂部において前記媒体に固定された、硬質で概ね矩形である頂部キャップと、
ｄ）前記プリーツ型媒体の前記中央空隙と連通する中央開口部を伴う、前記プリーツ型媒体の前記底部に固定された、概ね矩形の底部キャップと
を備え、
ｅ）前記底部キャップは、前記台形媒体の張出し部を収容するために、より長い矩形である、前記フィルタ要素。
【請求項２】
前記媒体は、自然媒体、合成媒体、セラミック媒体、ガラス媒体、および金属媒体の群から選択される、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項３】
前記中央空隙への前記開口部は、前記頂部キャップ上にあり、底部キャップは硬質であり、前記媒体は、プリーツ型媒体および非プリーツ型媒体の群から選択される、請求項１に記載のフィルタ要素。
【請求項４】
フィルタアセンブリであって、
ａ）フィルタハウジングと、
ｂ）前記フィルタハウジングへの、流体の入口と、
ｃ）前記フィルタハウジングの内側外周に封止可能に固定された、分離プレートと、
ｄ）前記フィルタハウジングに囲まれた、複数の矩形形状のフィルタであって、前記矩形形状のフィルタの各々は、フィルタ媒体によって取り囲まれた中央空隙、硬質の頂部キャップ、および底部キャップを有し、前記底部キャップは、前記頂部キャップから前記底部キャップへ延びた前記フィルタ媒体における前記中央空隙と連通するために、前記底部キャップに配置された開口部を伴う、複数の矩形形状のフィルタと
を備え、
ｅ）各矩形形状のフィルタの前記底部キャップは、前記底部キャップの前記開口部に対応した開口部が設けられた前記分離プレートに取り付けられ、それによって濾過される流体は、フィルタ媒体層を通過して前記矩形形状のフィルタの前記中央空隙の中に入り、濾過された流体は、前記分離プレートの前記開口部を通過し、
ｆ）チャンバが、前記フィルタハウジングの前記分離プレートの下方に設けられ、濾過された清浄な流体を集め、
ｇ）前記分離プレートの下方の前記フィルタハウジングからの、清浄な流体の出口を備える、前記フィルタアセンブリ。
【請求項５】
前記矩形形状のフィルタは、フィルタの底部に向かって増加する断面積を有し、概ね台形形状である、請求項４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項６】
各前記矩形形状のフィルタの前記頂部キャップ上にハンドルをさらに備える、請求項４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項７】
各フィルタ要素の前記中央空隙の各々の内側に、孔が開けられた支持体をさらに備え、前記孔が開けられた支持体は円形の前記分離プレートに取り付けられる、請求項４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項８】
前記フィルタ媒体は、プリーツ型媒体または非プリーツ型媒体の群から選択される、請求項４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項９】
前記フィルタハウジングは概ね円筒形であり、前記分離プレートは、前記ハウジングの内側に取り付けられ、概ね円形である、請求項４に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１０】
フィルタアセンブリであって、
ａ）フィルタハウジングと、
ｂ）前記フィルタハウジングへの、流体の入口と、
ｃ）前記フィルタハウジングに囲まれた、複数の矩形形状のフィルタであって、前記矩形形状のフィルタの各々は、開口部を伴う矩形の頂部キャップ、矩形で硬質の底部キャップ、および前記頂部キャップの下から前記底部キャップまで延びて、前記頂部キャップの開口部と連通する中央空隙を伴うフィルタ媒体を有する、複数の矩形形状のフィルタと、
ｄ）前記矩形フィルタの長さを収容するために前記フィルタハウジングの底部から離され、前記フィルタアセンブリ内の前記フィルタハウジングの内側外周に封止可能に固定された、分離プレートであって、前記分離プレートの上に延びる前記頂部キャップを伴う前記矩形形状のフィルタを、所定の箇所に受け入れかつ固定するための矩形の開口部が設けられる、分離プレートと
を備え、
ｅ）前記頂部キャップにおける前記開口部は、濾過する流体を受け入れ、それによって流体は前記矩形形状のフィルタの前記中央空隙の中を通り、前記媒体を介して、前記分離プレートの下方の前記フィルタハウジングの中に入り、
ｆ）清浄な流体は、前記フィルタハウジングの前記分離プレートの下方において、前記矩形フィルタ要素の外側の前記フィルタハウジングに集まり、
ｇ）前記分離プレートの下の前記フィルタハウジングからの、清浄な流体の出口を備える、前記フィルタアセンブリ。
【請求項１１】
前記矩形形状のフィルタは、前記フィルタの底部に向かって減少する断面積を有し、概ね台形形状である、請求項１０に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１２】
前記フィルタアセンブリは概ね円筒形であり、前記分離プレートは、前記ハウジングの内側に取り付けられ、概ね円形である、請求項１０に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１３】
各前記矩形形状のフィルタの前記頂部キャップ上に、ハンドルをさらに備える、請求項１０に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１４】
前記フィルタは、前記分離プレートの底部から延びて、前記矩形形状のフィルタを受け入れるようサイズが決められたバスケットによって取り囲まれる、請求項１０に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１５】
前記フィルタ媒体は、プリーツ型媒体および非プリーツ型媒体の群から選択される、請求項１０に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項１６】
重力の助けを得て重い流体と軽い流体との混合物を分離するために、水平に配置された円筒形フィルタハウジングの長軸方向で操作され得るアセンブリであって、
ａ）ハウジングと、
ｂ）前記フィルタハウジングに配置された、流体の入口と、
ｃ）前記ハウジングの内側外周に封止可能に固定された、分離プレートと、
ｄ）前記ハウジングに囲まれた、複数の矩形形状の集滴要素であって、前記矩形形状の集滴要素の各々は、中央空隙と連通して、キャップ開口部と連通する開口部を有する前記分離プレートに取り付けられたキャップ、および前記矩形形状の集滴要素の、前記分離プレートに取り付けられた端部とは反対側端部の硬質キャップを有する、複数の矩形形状の集滴要素と
を備え、
ｅ）分離される流体混合物は、前記分離プレートの開口部、および前記分離プレートに取り付けられた前記キャップを介して前記ハウジングの中を通り、前記矩形形状の集滴要素の前記中央空隙に入って前記媒体を貫通し、
ｆ）分離された流体は、前記分離プレートの反対側の前記ハウジングに集められ、
ｇ）より軽い流体は、前記ハウジングの頂部に浮遊し、より重い流体は前記ハウジングの底部に沈降し、
ｈ）前記ハウジングには、より軽い流体を集めるために前記頂部に出口が設けられ、より重い流体を集めるために前記底部に出口が設けられる、前記アセンブリ。
【請求項１７】
気体と液体との混合物を分離するためのアセンブリであって、
ａ）ハウジングと、
ｂ）気体と液体との混合物を導入するための、前記ハウジングの底部近くの入口と、
ｃ）前記ハウジングの内側外周に封止可能に固定された、分離プレートと、
ｄ）中央空隙を間に有し、前記分離プレートの上に取り付けられた、複数の矩形形状の集滴要素と、
ｅ）複数の中空竪管であって、前記分離プレートの上、かつ前記竪管の中空空隙と連通する空隙を伴う前記矩形形状の集滴要素の下に取り付けられた、複数の中空竪管と、
ｆ）前記中空竪管と連通した、前記分離プレートの開口部と、
ｇ）前記分離プレートの上の、前記ハウジングにおける液体の出口と、
ｈ）前記ハウジングの頂部に向けられた気体の出口と
を備える、前記アセンブリ。
【請求項１８】
流体を濾過する方法であって、
ａ）濾過される流体を、複数の矩形形状のフィルタを伴うフィルタハウジングの中に導入するステップと、
ｂ）流体をフィルタ媒体に通過させ、各矩形形状のフィルタの内側の中央空隙に入れることによって、流体を複数の矩形形状のフィルタを通して濾過するステップと、
ｃ）前記フィルタハウジングの分離チャンバにおいて、各矩形形状のフィルタの前記中央空隙から、濾過された流体を集めるステップと、
ｄ）濾過された流体を前記フィルタハウジングから取り出すステップと
を含む、前記方法。
【請求項１９】
流体を濾過する方法であって
ａ）濾過される流体を、複数の矩形形状のフィルタを伴うフィルタハウジングの中に導入するステップと、
ｂ）流体を、前記矩形形状のフィルタの各々に配置された中央空隙の中を通過させ、さらに流体を前記空隙を取り囲む媒体の層を通過させるステップと、
ｃ）濾過された流体を、前記フィルタハウジングの分離チャンバに集めるステップと、
ｄ）濾過された流体を前記フィルタハウジングから取り出すステップと
を含む、前記方法。
【請求項２０】
液体から気体を取り出す方法であって、
ａ）気体と液体との混合物を容器の中に導入するステップと、
ｂ）気体と液体との混合物を、複数の矩形形状のフィルタの１つを通して、前記フィルタの内側の空隙から前記フィルタ媒体の外側へ通過させるステップと、
ｃ）濾過された気体を前記容器の頂部へ上昇させるステップと、
ｄ）液体を前記容器の底部に蓄積させるステップと、
ｅ）濾過された気体を、前記容器の前記頂部から取り出すステップと、
ｆ）液体を前記容器の前記底部から取り出すステップと
を含む、前記方法。
【請求項２１】
異なる特定の重力を用いて液体を分離する方法であって、
ａ）液体混合物を、水平軸上にある容器の中に導入するステップと、
ｂ）液体混合物を、複数の矩形形状の集滴要素のうちの１つを通して、前記フィルタの内側の空隙から前記媒体の外側へ通過させるステップと、
ｃ）濾過された、より軽い流体を、前記容器の頂部へ浮遊させるステップと、
ｄ）濾過された、より重い流体を、前記容器の前記頂部へ沈めるステップと、
ｅ）より軽い流体を、前記容器の前記頂部から集めるステップと、
ｆ）より重い流体を、前記容器の底部から集めるステップと
を含む、前記方法。
【請求項２２】
液体混合物は、垂直容器の中に導入される、請求項１９に記載の異なる特定の重力を用いて液体を分離する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行関連出願
本出願は、その全体が本明細書に組み込まれる、２０１７年２月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／４６２，３２７号の優先権を主張する。
【０００２】
連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
該当なし。
【０００３】
本開示は、一般に矩形形状のフィルタ、フィルタハウジング内の矩形形状のフィルタのアセンブリ、および濾過の方法に関する。矩形フィルタは、台形形状とすることもできる。矩形形状のフィルタ媒体は、高い効率の濾過ならびに簡単な交換が可能な、プリーツ型媒体であってよい。矩形形状のフィルタを使用して、多くのタイプの流体および流体混合物を濾過することができる。
【背景技術】
【０００４】
一般的に産業濾過システムは、対応するフィルタハウジング内に配置されたカートリッジフィルタを備え、濾過される流体（流入液）は、ごみ、汚染物質、および粒子を取り除くために、フィルタハウジングおよびフィルタ要素の中に導入される。これらのカートリッジフィルタは、一般的に中空コアを伴う円筒形形状を有する。流入液は、中空コアに供給され、カートリッジフィルタの媒体を通過して外方向に（内側から外側へ）流れるか、または流入液はフィルタの外側からコアの中に（外側から内側への流れ）流れるかのいずれかであり、ごみ、汚染物質、および粒子を、媒体の表面に残す。プリーツ型媒体の円筒形のカートリッジフィルタは、製造と使用が容易であるが、フィルタハウジングの内側空間を効果的に利用していない。
【０００５】
したがって、同じサイズのフィルタハウジングで濾過できる流体の体積を増加させるため、または同じもしくはより大きい流体の体積を、より小さいハウジングで濾過できるフィルタシステムを提供するための、新しいフィルタ要素、および対応するフィルタ構成が必要とされる。新しいアセンブリは、共通に使用される円筒形フィルタハウジングに設置することができるが、矩形フィルタを収容する、方形または矩形のフィルタハウジングなどの、異なる形状のフィルタハウジングを用いて使用することができる。新しいアセンブリおよび方法を、液体／気体の分離、および液体／液体の分離のために、集滴プロセスに同様に使用することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、概ね矩形形状のフィルタまたは集滴要素、複数の矩形形状のフィルタを伴うアセンブリ、および複数の矩形形状のフィルタを使用して濾過する方法のためにある。１つの実施形態において、矩形形状のフィルタは全体的に、矩形形状の頂部キャップ、矩形形状の底部キャップ、および頂部キャップと底部キャップとの間に延びるフィルタ媒体から成る。フィルタ媒体は、プリーツ型、または非プリーツ型の深層媒体であってよい。プリーツ型（pleated）フィルタ媒体は、プリーツとして折られた単一のシートのフィルタであってよく、プリーツの内側に中央空隙を提供する。プリーツ型媒体は、所望のフィルタに依拠して、同じまたは異なる材料の複数層を有し得る。２列のプリーツが、矩形の長辺に沿って形成される。矩形の短端部において、１層の非プリーツ型媒体または小さいプリーツが存在し得る。矩形に配置されたプリーツ型媒体は、中央空隙を作り出す。底部キャップは、プリーツ型媒体によって作り出された中央空隙と連通する中央出口を有する。フィルタ支持体も、中央空隙の内側内に設けることができ、フィルタ要素の長手方向の一体性を維持する。この支持体は、好ましくは硬質材料で作られる。フィルタ支持体に孔を開けて、プリーツ型媒体によって作り出された空隙の内側に流体を流すことができる。個々のフィルタ要素をより容易に挿入／取り外すため、頂部キャップはハンドルも有することができ、ハンドルは頂部キャップ上で折り畳むことができる。
【０００７】
矩形形状のフィルタ要素は、概ね矩形形状を有し、より好ましくは、フィルタ要素は互いに平行な台形の頂部および底部の短い辺と、張出し部（flare）を収容するためにキャップのうちの一方が他方よりも長くなるよう、より長く張り出している辺と、を有する台形形状である。本明細書において、フィルタ要素は矩形と称されるが、この用語は台形形状を含む。
【０００８】
本発明は、フィルタハウジング（容器とも称される）の中で用いられる複数の矩形形状のフィルタ要素を利用する、フィルタアセンブリも含む。フィルタハウジングは、一般に円筒形であるが、矩形フィルタを収容することになる、方形または矩形のフィルタハウジングなどの異なる形状のフィルタハウジングと共に使用される。本説明は、一般の円筒形ハウジングを参照することになるが、当業者に知られている他の形状も使用されてよい。複数の矩形形状のフィルタ要素は、フィルタ要素の周り、およびフィルタ要素間の流体の流れのための空間を有するフィルタハウジングの内側に、コンパクトに配置される。
【０００９】
フィルタ要素は、フィルタハウジングの内側の濾過面積を最大化するよう配置され、それはフィルタ容量、すなわちフィルタが所与の時間に濾過できる流体量も増加させる。フィルタハウジングは、複数の矩形形状のフィルタ要素を含有するハウジングの中に流体を入れるための、流体の入口を有する。分離プレートが、フィルタハウジングの内側外周に封止可能に固定されるよう、フィルタハウジングの内側に提供される。フィルタレシーバは分離プレートに取り付けられ、矩形形状のフィルタ要素はフィルタレシーバに挿入されるか、または他の方法で固定される。フィルタレシーバは、底部キャップの開口部と連通する開口部も有する。分離プレートは、フィルタレシーバの開口部と連通する複数の開口部を有する。支持体は、フィルタレシーバに取り付けられて、矩形形状のフィルタの中央空隙からの流体の流れを阻害することなく、各矩形形状のフィルタの中央空隙の中に延び、分離プレートの開口部を貫通する。
【００１０】
矩形形状のフィルタは、フィルタ媒体を囲むメッシュを含んでよい。汚れた流体は、流体の入口を通してフィルタハウジングの中に導入される。次にこの流体は、フィルタ媒体を通過して矩形形状のフィルタの中央空隙に入り、濾過された流体は、底部キャップの開口部、および分離プレートの対応する開口部を通過する。チャンバが、フィルタハウジングの分離プレートの下方に設けられ、濾過された清浄な流体を集める。フィルタハウジングの清浄な流体の出口は、このチャンバに配置され、濾過された流体を集めてフィルタハウジングから清浄な流体を取り出すのを可能にする。この実施形態は、外側から内側への流れに使用される。
【００１１】
本発明の更なる実施形態は、内側から外側への流れのための矩形形状のフィルタの使用である。フィルタハウジングは、汚れた流体のためのフィルタ入口を有する。矩形形状のフィルタは、分離プレートの下に取り付けられる。この実施形態において、矩形形状のフィルタは、開口部を伴う矩形の頂部キャップと、矩形で硬質の底部キャップと、頂部キャップの下から底部キャップまで延び、頂部キャップの開口部と連通する中央空隙を伴うフィルタ媒体と、を有する。分離プレートは、矩形フィルタの長さを収容するよう、フィルタハウジングの底部から離される。分離プレートは、フィルタアセンブリにおけるフィルタハウジングの内側外周に封止可能に固定され、分離プレートには、分離プレートの上に延びる頂部キャップを伴う矩形形状のフィルタを、所定の箇所に受け入れかつ固定するための開口部が設けられる。この頂部キャップにおける開口部は、濾過する流体を受け入れ、それによって流体は矩形形状のフィルタの中央空隙の中を通り、媒体を介して、分離プレートの下方のフィルタハウジングの中に入る。清浄な流体は、フィルタハウジングの分離プレートの下方において、矩形フィルタ要素の外側のフィルタハウジングに集まる。出口が、分離プレート下方のフィルタハウジングに設けられ、清浄な流体を取り出す。フィルタは、使用中にフィルタの一体性を維持するために、バスケットによって取り囲まれてよい。バスケットは分離プレートの底部から延び、矩形形状のフィルタを受け入れるようサイズが決められる。
【００１２】
本発明の追加の実施形態は、集滴プロセスによって液体から気体を分離する際の、矩形形状の要素の使用である。ハウジングは、気体と液体との混合物を入れるため、底部の近くに入口を有する。ハウジングは、ハウジングの内側壁に封止可能に取り付けられた、分離プレートを有する。分離プレートには開口部が存在する。開口部は、好ましくは矩形形状で分離プレートの頂部に取り付けられた、複数の中空竪管と連通する。複数の矩形形状の集滴要素は、中空竪管の頂部に取り付けられ、底部キャップおよび硬質の頂部キャップにおいて開いている中央空隙を有する。気体／液体の混合物はハウジングを通り、分離プレートの開口部を通り、中空竪管を貫通して、空隙を介して集滴媒体に入る。次に気体はハウジングの頂部まで上昇し、出口を通して集められる。液体はハウジング内の分離プレートの上に残り、排出されるか、必要であれば集められることができる。本発明は、本明細書で説明する気体／液体の分離方法も含む。
【００１３】
本発明の更なる実施形態は、フィルタアセンブリである。フィルタアセンブリは、重力の助けを得て重い流体と軽い流体との混合物を分離するために、水平に配置されたフィルタハウジングの長軸方向で操作され得る。流体の入口は、ハウジングの内側外周に封止可能に固定された分離プレートを伴う、フィルタハウジングに配置される。複数の矩形形状の集滴装置は、分離プレートに取り付けられ、ハウジング内に囲まれる。矩形形状の集滴装置の各々は、媒体に取り囲まれた中央空隙と連通する開口部を伴う、キャップを有する。キャップは、キャップの開口部と連通し、さらに媒体の空隙と連通する開口部を有する、分離プレートに取り付けられる。硬質のキャップは、分離プレートに取り付けられた端部とは反対側の、矩形形状のフィルタの端部にある。分離される流体は、分離プレートの開口部および分離プレートに取り付けられた集滴要素のキャップを通過して、矩形形状のフィルタの中央空隙に入る。次に流体混合物は、媒体を通過する。流体混合物は、分離プレートの入口とは反対側のフィルタハウジングに集められる。より軽い流体は、フィルタハウジングの頂部に浮遊し、より重い流体はフィルタハウジングの底部に沈降する。フィルタハウジングには、より軽い流体を集めるために頂部に出口が設けられ、より重い流体を集めるために底部に出口が設けられる。関連した別の実施形態は、上記で説明した気体／液体の分離設計と同様の竪管を伴う、垂直ハウジングを利用する。より軽い液体はハウジングの頂部に集められ、一方でより重い液体は、分離プレートの上で竪管の周りに沈降し、集められる。本発明は、本明細書で説明する液体／液体の分離方法も含む。
【００１４】
本発明は、濾過する流体を、複数の矩形形状のフィルタを伴うフィルタハウジングの中に導入することによって、流体を濾過する方法も含む。まず流体を、矩形形状のフィルタのフィルタ媒体を通過させ、フィルタ媒体の中に設けられた中央空隙の中に入れる。さらに、各矩形形状のフィルタの中央空隙から、濾過された流体をフィルタハウジングの分離チャンバに集め、フィルタハウジングから濾過された流体を取り出す。あるいは、フィルタハウジングの中に導入された流体を、矩形形状のフィルタの各々に配置された中央空隙の中に導入し、さらに空隙を取り囲む媒体層に通過させることができる。流体は、フィルタハウジングの分離チャンバに集められ、取り出される。
【００１５】
本明細書で使用する「流入液」または「汚れた流体」は、フィルタに導入されてフィルタによって濾過される流体を意味する。
【００１６】
本明細書で使用する、「内側から外側への流れ」は、フィルタの内側からフィルタの外側に流れる流体を意味し、「内側から外へ」または「内側から外」と交換可能に使用できる。
【００１７】
本明細書で使用する、「外側から内側への流れ」は、フィルタの外側からフィルタの内側に流れる流体を意味し、「外側から内へ」と交換可能に使用できる。
【００１８】
本明細書で使用する、「流出物」または「清浄な流体」は、すでにフィルタ媒体を通過した濾過された清浄な流体を意味する。
【００１９】
単語「１つ（ａ）または（ａｎ）」の使用は、特許請求の範囲または明細書の中で用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と共に使用するとき、文脈が別途規定しない限り、１つ以上を意味する。
【００２０】
用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、測定の方法が示されない場合、記載した値プラスマイナス測定許容誤差、またはプラスマイナス１０％を意味する。
【００２１】
特許請求の範囲での用語「または（ｏｒ）」の使用は、代替物のみを指すよう明示的に示されない限り、または代替物が互いに排他的でない限り、「および／または（ａｎｄ／ｏｒ）」を意味するよう使用される。
【００２２】
用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「有する（ｈａｖｅ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、および「含有する（ｃｏｎｔａｉｎ）」（ならびにそれらの変化形）は、オープンエンドでリンクする動詞であって、請求項で使用されるときは、他の要素の追加が可能である。
【００２３】
フレーズ「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は閉じられており、全ての追加の要素を排除する。
【００２４】
フレーズ「から実質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉｌａｌｌｙ  ｏｆ）」は、追加の材料要素を排除するが、本発明の性質を大幅に変えない非材料要素を含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１Ａは、本発明の矩形形状のフィルタ要素の、概略斜視図である。図１Ｂは、孔が開けられた支持体を見せるために、プリーツ型フィルタ媒体を切り取った、切取断面図である。図１Ｃは、フィルタ要素の幅が底部に向かって徐々に増加する、台形形状のフィルタ要素を示す、好ましい実施形態の側面図である。
【図２】図２Ａは、示したプリーツ型フィルタおよび底部キャップを伴う、本開示の矩形形状のフィルタ要素の底部断面図である。図２Ｂは、矩形形状のフィルタ要素の、底部キャップの底面図である。図２Ｃは、矩形形状のフィルタおよび底部キャップの下端部の、部分的な垂直断面図である。
【図３−１】図３Ａは、フィルタハウジング内に配置された複数の矩形形状のフィルタを伴うフィルタシステムの斜視図である。
【図３−２】図３Ｂは、フィルタハウジングの中を覗いて見た、フィルタアセンブリの上面図である。図３Ｃは、出口を示す、分離プレートの上面図である。図３Ｄは、本発明よりも少ない出口を示す、従来のフィルタアセンブリにおける分離プレートの上面図である。
【図４−１】図４Ａは、外側から内への濾過のための濾過の流れを示す、部分的断面図である。図４Ｂは、例としての台形形状のフィルタ要素を伴う、流体の流れの断面図である。
【図４−２】図４Ｃは、孔が開けられた支持体の図である。
【図５】図５Ａは、流れの方向が外側から内側である、フィルタハウジングの内側における台形形状のフィルタ要素の概要図である。図５Ｂは、フィルタを示す図５Ａのフィルタの、フィルタハウジング内における長手方向の断面図である。
【図６−１】図６Ａは、内側から外側への流れ方向を示す、フィルタアセンブリの概要図である。図６Ｂは、図６Ａで示した内側から外へのフィルタハウジングの、長手方向の断面図である。
【図６−２】図６Ｃは、内側から外側への流れ方向に使用される、矩形形状のフィルタの図である。
【図７】図７Ａは、支持構造を示すために１つの集滴装置の一部を取り除いた、気体−液体の分離アセンブリの概要図である。図７Ｂは、図７Ａで示した分離器のハウジングを通じた、長手方向の断面図である。
【図８】液体の混合物を集滴するのに使用される、液体分離アセンブリの断面図である。
【図９】図９Ａ、Ｂは、１８インチの径の容器内の、円筒形フィルタおよび矩形フィルタの使用を比較する図である。
【図１０】図１０Ａ、Ｂは、３０インチの径の容器内の、円筒形フィルタおよび矩形フィルタの使用を比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本開示は、新規の矩形形状のフィルタ要素、およびより効果的な濾過を実現するため、円筒形フィルタハウジング内における複数の矩形形状のフィルタの使用のためのものである。矩形形状のフィルタ要素は、本明細書でさらに説明するように、外側からの内の流れ、内側から外の流れ、液体と気体との分離、および液体の混合物の分離に使用することができる。矩形形状のフィルタを、標準サイズの円筒形フィルタハウジングに使用することができるが、任意の所望のサイズに製造することもできる。本明細書で示すフィルタのサイズは、例示目的である。円筒形フィルタを収容するために製造されるフィルタハウジングを、複数の矩形形状のフィルタ要素を収容するために改良することができる。本発明で示すような、追加の分離プレートを改良して、矩形形状のフィルタを収容することができ、外側から内側への流れ、および内側から外側への流れのための、円筒形フィルタの分離プレートの上に設置される。内側から外側への流れのため、矩形形状のフィルタは、以下で示すように分離プレートの下方に取り付けられる。
【００２７】
本発明のアセンブリおよび方法の詳細な説明は、図面を参照して成され得る。図面も例示であり、必ずしも縮尺に則っていない。本発明で使用される矩形形状のフィルタのサイズは、必要に応じて所望のサイズとすることができる。以下の例は、例示のみが意図され、添付の特許請求の範囲を必要以上に限定しない。
【００２８】
図１Ａは、本開示の矩形形状のフィルタ要素１００の概略斜視図である。矩形形状のフィルタ要素１００は一般に、頂部キャップ１１１、底部キャップ１２１、および頂部キャップ１１１から底部キャップ１２１へ延びる媒体１０１から成る。頂部キャップ１１１には、キャップの頂部に折り畳むことができるハンドル１２６が設けられ、設置する矩形形状のフィルタのために、よりコンパクトな外形（profile）を提供する。フィルタ媒体１０１は、濾過面積および濾過容量を増加させるために、好ましくはプリーツ型である。媒体には、媒体に取り囲まれた中央空隙が存在する（図１Ａでは示さず）。矩形形状のフィルタは、（図３Ａに示すように）分離プレート２０５上で矩形形状のフィルタレシーバ２０８の中に取り付けられる。矩形形状のフィルタレシーバ２０８は、底部キャップの出口コネクタ１２５を受け入れるための、分離プレートから上方に延びるリップ部を有する。
【００２９】
フィルタまたは集滴媒体の材料は限定されず、濾過または集滴のタイプに依拠して個別調整することができる。媒体はセルロースのプリーツ型媒体、他の自然媒体、または限定でないが、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＥＣＴＦＥ、およびＰＶＤＦを含む、合成媒体であってよい。プリーツ型媒体は、濾過または分離の必要性に依拠して、１層の材料または多層の異なる材料であってよい。非プリーツ型の深層媒体のポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ＰＴＦＥ、ＰＰＳ、ＰＶＤＦ、ＥＣＴＦＥ、セルロース繊維、ガラス繊維、ならびに織金網およびセラミック媒体を含む、他のタイプの媒体を使用することができる。フィルタ媒体は、１回使用の使い捨てか、または洗浄後に再使用可能であってよい。本発明は、矩形形状のフィルタまたは集滴装置に使用される任意のタイプの媒体に限定されない。
【００３０】
次に参照する図１Ｂは、矩形形状のフィルタの切取断面図である。頂部キャップおよび底部キャップは、媒体にしっかりと装着される。頂部キャップのリップ部１１２は、媒体の外側頂縁部を囲み、内側リップ部１１３は、媒体の内側頂縁部を囲み、かつ固定する。底部キャップのリップ部１２２は、媒体の外側底縁部を囲み、底部キャップの内側リップ部１２４は、媒体の内側底縁部を囲む。加えて、媒体は確実に容器に入れられ、熱接合され、接着されるか、または他の方法でリップ部間の頂部キャップおよび底部キャップにしっかりと装着される。図１Ｂは、底部キャップの出口コネクタ１２５の断面も示す。出口コネクタ１２５は、フィルタレシーバ２０８の中に挿入され、次に分離プレート（図１Ｂには図示せず）上に取り付けられる。Ｏリング１３０をフィルタレシーバ２０８の底部に設けて、分離プレートとの確実な封止を提供できる。他の固定装着具も同様に使用できる。
【００３１】
媒体は中央空隙１０５を有する。中央空隙１０５は、中央空隙の各側に示されるフィルタ媒体１０１の層と共に、切取図で示される。好ましい実施形態において、フィルタ要素の物理的な一体性を維持すること、ならびに空隙内の濾過された流体の流れ経路を提供することの両方のため、好ましくは孔が開けられた支持体１０３は、媒体１０１の中央空隙１０５の中に挿入される。孔が開けられた支持体１０３は、以下で説明するように、好ましくはフィルタハウジングの内側に取り付けられる。孔が開けられた支持体１０３は、プリーツ型フィルタ媒体内の総重量および圧力を支持するため、任意の硬質かつ軽量の材料で作ることができる。非限定の例として、プラスチック、金属、およびセラミックが挙げられる。
【００３２】
孔が開けられた支持体１０３の形状は、テーパー付き、すなわちサイズが底部に向けて徐々に増加してもよい。このテーパーが付いた支持体の利点は、フィルタ要素の取り外しが容易であることである。なぜなら、頂部キャップに設けられたハンドルを使用して、ユーザがフィルタ要素を引き上げてフィルタハウジングから取り出すとき、フィルタ要素の内側が支持体１０３に干渉する可能性が小さいからである。
【００３３】
本開示の矩形形状のフィルタ要素１００の好ましい実施形態を示す、図１Ｃを参照する。図１Ｃに示すように、矩形形状のフィルタ要素１００は台形形状の側部外形を有し、すなわち断面積が頂部から底部へ増加する。出口コネクタ１２５が、底部キャップ１２１から延出して示される。また、Ｏリング４２５が、出口コネクタ１２５の外周に設けられ、矩形形状のフィルタを、フィルタレシーバ２０８の所定の位置に固定するために使用される。
【００３４】
矩形形状のフィルタ要素は、円形フィルタ要素によって作り出されるデッドスペースを、効果的に減少させる。加えて、台形形状によって、より容易なフィルタ要素の挿入／取り出しを可能にする。適切に機能させるために、フィルタ要素の特定の向きが求められる場合、矩形形状は、容易に列に整合させることもできる。
【００３５】
図２Ａは、プリーツ型媒体および底部キャップを示す矩形形状のフィルタ要素の、底部近くにおける水平方向の断面図である。好ましい実施形態において、フィルタ媒体１０１には中央空隙１０５の周りにプリーツが付けられ、濾過された流体がプリーツ型媒体を貫通して流れ、底部キャップ１２１に配置された開口部１２３から空隙の中へ出るのを可能にする。この断面において、プリーツ型フィルタ媒体１０１が、中央の周りに連続して折り畳まれた単一のシートの１つのフィルタ媒体で、濾過された流体が流れる内部空隙１０５を形成し、底部キャップの開口部１２３を通ってフィルタ要素を出る前に流体が空隙１０５の内側に集まることが、確認できる。底部キャップの外側リップ部が１２２に示され、内側リップ１２４が示されて、それらは媒体１０１の端部を囲む。プリーツ型媒体は、矩形形状の頂部キャップから矩形形状の底部キャップまで、矩形の長辺の２列のプリーツ１０１ａおよび１０１ｂ、ならびに１０１ａと１０１ｂを接続する短辺の媒体層１０１ｃおよび１０１ｄを伴って延び、プリーツの内側に概ね中央の空隙１０５を作り出す。内側リップ部１２４が、この図に示される。頂部キャップ１１１および底部キャップ１２１は、フィルタ要素の矩形形状を維持する。加えて、メッシュ（図示せず）がフィルタ媒体を囲み、概ね矩形形状に維持することができる。メッシュは、ポリマー材料、または濾過される流体と接触するときにその一体性を維持することになる、他の材料で作ることができる。
【００３６】
開口部１２３が、底部キャップ１２１に設けられる。開口部１２３は、中央空隙１０５と連通する。底部キャップの開口部は、底部キャップから延びる出口コネクタ１２５によって画定される。孔が開けられた支持体の外形（profile）は、簡単に設置できるよう、出口コネクタ１２５の開口部および開口部１２３よりも小さい。
【００３７】
底部キャップ１２１の内側および開口部１２３の斜視図を、媒体を伴わずに示す、図２Ｂを参照する。内側リップ部１２４が、開口部１２３を画定して示される。
【００３８】
図２Ｃを参照し、本開示の矩形形状のフィルタ要素の底部セクションにおける部分的断面図を示す。この図は、プリーツ型フィルタ媒体１０１が、いかにして底部キャップ１２１と連結するかを示す。リップ部１２２が底部キャップに設けられ、媒体の外側の低縁部を囲む。リップ部１２４が底部キャップに設けられ、媒体の内側の低縁部を囲む。出口コネクタ１２５が、底部キャップから延びて示される。Ｏリング４２５が、出口コネクタ１２５の外周に設けられ、矩形形状のフィルタをフィルタレシーバ２０８の所定の位置に固定するために使用される。
【００３９】
図３Ａは、点線で示された円筒形フィルタハウジング２０１の内側における、複数の矩形形状のフィルタ１００のアセンブリの斜視図を示す。一般的にフィルタハウジングは、頂部（図示せず）および分離プレート２０５も含むことに留意されたい。（以下の図３Ｃ〜図３Ｄでさらに説明する。）図３Ａに示すように、フィルタ要素１００は並べて配置され、好ましくはそれによって、ハウジングおよび個々のフィルタ要素の両方のサイズに依拠して、フィルタハウジングの内側の濾過面積を最大にする。各フィルタ要素１００は頂部キャップ１１１を有し、各々の頂部には、折り畳むことができるハンドル１２６がある。ハンドル１２６は、特にフィルタが長時間使用され、ごみがフィルタに溜まってフィルタ要素の重量に加わるときに、挿入／取り外しを容易にするために使用される。ハンドル１２６は、個々の矩形形状のフィルタ１００を取り外すのを容易にする。底部キャップ１２１が、フィルタレシーバ２０８に挿入されて示される。
【００４０】
図３Ａで見られるように、各フィルタ要素の外形（profile）は、フィルタハウジング内のデッドスペースが複数の矩形形状のフィルタを含んで最小に保たれるよう、設計される。フィルタ要素によって占有されない空間は、汚れた流体がハウジング内を流れるのを可能にするが、望ましくない乱流を作り出さない。またこの構成は、プリーツ型フィルタ媒体を伴う新規の構成を伴う各矩形形状のフィルタ要素によって提供される濾過面積を最大にする。
【００４１】
任意の２つの隣接したフィルタ要素１００の間に空間があり、濾過されていない流体がフィルタ媒体１０１を流れ抜けるのを可能にする。頂部キャップ１１１および底部キャップ１２１は、流体がフィルタ媒体１０１の長手方向軸を通過するのを妨げない。テーパーが付いた形状または台形形状は、乱流を作り出すことなく、全ての媒体への流れ経路を提供するのに役立つ。
【００４２】
図３Ｂは、ハウジングの内側に配置されて並んだ矩形形状のフィルタ要素を示す、上面図である。このコンパクトで密な嵌め方は、最大の濾過容量、およびデッドスペースを最小に保つことを可能にする。
【００４３】
図３Ｃおよび図３Ｄは、本開示の分離プレートと、従来の円形形状のフィルタ要素に使用されるプレートとの間の比較を示す。図３Ｃは、分離プレートにおける矩形の開口部を示し、その一方で図３Ｄは、円形フィルタ要素を使用する一般の分離プレートの開口部を示す。矩形形状のフィルタの流体の流れのため、５０％〜７５％より大きく増加されたオリフィス面積が存在し、それは、より低い全体差圧を意味する。図３Ｃおよび図３Ｄで例示するように、円筒形と比較した矩形要素の分離プレートにおける、より大きい断面開口面積は、分離プレートにわたる、より低い圧力低下、ならびに必要に応じて、さらなる流れのための、より大きい開口面積をもたらす。より低い開始差圧は、フィルタ要素を交換する間の、より長い作動サイクルを可能にする。例えば、従来のフィルタ容器が円形フィルタ要素を使用し、開始差圧が５ＰＳＩＤ、および最大圧力が３５ＰＳＩＤであると想定すると、これは、不純物がフィルタ媒体に蓄積するために、３０ＰＳＩＤのウィンドウが存在することを意味する。しかし、開始差圧を、台形形状のフィルタ要素によって２ＰＳＩＤまで減少させることができる場合、ウィンドウは３ＰＳＩＤだけ拡張される。これは、フィルタ要素を交換する必要になる前の、より長い作動寿命を意味する。
【００４４】
差圧は、フィルタハウジングの内側の流体の流れの、主な駆動力である。流体は、最小の抵抗の経路に沿って流れることになり、これは一般に、フィルタ容器が流体で満たされる際に、フィルタ要素の底部において始まる。この流体の流れは連続するが、フィルタ媒体が不純物をフィルタ要素の底部に向けて蓄積すると、この箇所における差圧も増加する。たとえ差が０．０１ＰＳＩのみであったとしても、差圧がフィルタ要素の他の部分よりも高くなると直ぐに、流体の流れは最小の抵抗に向けて方向を変える。この動的な流体の流れは、フィルタハウジング内の、よりコンパクトな内部を伴って、ほとんど乱流を起こさず、全てのフィルタ要素および表面積を通して同時に、より均一な流れを可能にする。この新規の形状によって提供される、さらなる表面積は、フィルタ媒体を貫通する流体の面速度を低減させる。より低いこの面速度は、媒体にわたる抵抗または圧力低下をほとんどもたらさず、より低い圧力低下を可能にして、フィルタ要素における汚物および微粒子の処理能力を増加させる。汚物および微粒子の保持能力を加える利益は、当業者に理解される、より低い面速度によるものである。
【００４５】
次に、矩形形状のフィルタ要素を使用して外側から内側への濾過の流れを示す、図４Ａを参照する。汚れた流体は、容器壁のフィルタ容器２０１における流体の入口１３０を通して導入される。次に汚れた流体は、矩形形状のフィルタのうちの１つのフィルタ媒体１０１の層を流れ抜け、清浄な流体は、フィルタ媒体の内側の中央空隙１０５を流れ抜ける（図中で流れの矢印によって示す）。この空隙１０５は、中に挿入される、孔が開けられた支持体１０３を有する。次に流体は、分離プレート２０５に取り付けられたフィルタレシーバ２０８と連通する、底部キャップ１２１の開口部１２３を流れ抜ける。この図は、孔が開けられた支持体１０３にさらなる安定を提供するため、フィルタレシーバ２０８の底面に取り付けられた任意選択のスチフナ１０４も示す。矩形形状のフィルタの各々における、底部キャップの出口キャップ１２５は、分離プレートの頂部に取り付けられたフィルタレシーバ２０８上の、上方に突出したリップ部に挿入される。Ｏリング４２５を使用して、底部キャップと矩形形状のフィルタとの間の封止部を提供し、フィルタを所定の位置に堅い連結で固定する。底部キャップの開口部は、対応する分離プレートの出口ポート２０７と連通し、それによって、分離プレートを貫通した濾過された流体に、中央空隙１０５からフィルタハウジングの下方のチャンバへの、流体連通を提供する。
【００４６】
図４Ｂは、台形構成の矩形形状のフィルタ（図１Ａ、図Ｂ、図Ｃの対応する番号を使用する）を強調した、矩形形状のフィルタの垂直断面を示す。フィルタ要素１００の内側における中央空隙１０５の空間は、下部に向けて徐々に増加して、流体の流れのために増加した領域を提供する。流体が出口２０７に向かって流れる際に台形フィルタ要素および媒体が広がり、中央空隙１０５が対応して広がるので、流体の体積を増加させる。この構造は、流体の流れにおける圧力低下をほとんどもたらさない。孔が開けられた支持体は、この図では示さない。
【００４７】
図４Ｂは、台形の外形（profile）を有する矩形形状のフィルタ要素の、濾過の流れを図示する。これは外側から内側への流れ方向であり、濾過された流体のためのフィルタ開口部１２３が、フィルタ要素１００の底部キャップ１２１に配置される。流体は、フィルタ媒体１０１の外側から中央空隙１０５へ流れ、最終的には、底部キャップのフィルタ開口部１２３を通って矩形形状のフィルタ１００を出る。底部キャップの出口コネクタ１２５は、Ｏリング４２５を介して、分離プレートにおけるフィルタレシーバ２０８の中に固定される。
【００４８】
流体の迂回を防ぐよう、底部キャップとフィルタレシーバ２０８との間のより良好な封止のために、任意選択で、ガスケット封止部または押し込み式のＯリング４２５を、底部キャップに設けることができる。さらに、Ｏリングまたはガスケット封止部は、抵抗合図をユーザに提供することができ、一旦抵抗に打ち勝つと、フィルタ要素は所定の箇所に設置される。
【００４９】
従来のハウジングを、本発明の新しい分離プレートを用いて改良して、円筒フィルタのために使用された分離プレートの上に矩形形状のフィルタを収容することができる。新しい分離プレートは、フィルタハウジングの内側外周に封止可能に嵌合するような正確な外径を有し、かつハウジングの中に適合できるフィルタ要素の長さに、適応しなければならない。
【００５０】
図４Ｃは、流体の流れを阻害しないように、フィルタレシーバ２０８の開口部２０７の各側に取り付けられた、孔が開けられた２つの矩形の硬質シートで作られた好ましい実施形態を示す、孔が開けられた支持体１０３の断面である。孔が開けられシートの頂部は、合致する。狭い側のパネル１０６は、フィルタレシーバ２０８の頂部から孔が開けられたシートの頂部まで延びた、孔が開けられたシートの間にある（図５Ａ参照）。
【００５１】
好ましい実施形態において、図４Ａに示されるような追加のスチフナ１０４が、孔が開けられシートの間に設けられ、孔が開けられた支持体１０３の内側におけるフィルタレシーバ２０８の頂部に取り付けられる。フィルタレシーバの底部上のＯリング１３０が、この図に示される。
【００５２】
参照する図５Ａは、フィルタハウジング２０１内に設置された矩形フィルタ要素１００を有する、フィルタアセンブリの概略図である。参照しやすいように、７つの矩形フィルタのみが概略図に示される。この図中におけるフィルタ要素１００の数は、例示目的のみであり、フィルタ要素１００の実際の数は、フィルタハウジングのサイズ、流体の流速、濾過される微粒子、および流体の性質など、多くの要因に依拠することになる。１つのフィルタ要素が、孔が開けられた支持体１０３を伴うフィルタアセンブリの構造を示すために、取り外されている。分離プレート２０５は、各フィルタ要素１００の底部キャップ１２１におけるフィルタ開口部に合致する開口部（図示せず）を用いて、矩形形状のフィルタの底部キャップを受け入れるよう、複数のフィルタレシーバ２０８を有する。さらに、孔が開けられた支持体１０３はフィルタレシーバ２０８に取り付けられ、フィルタレシーバ２０８から延びる。この構成は、個々のフィルタ要素１００の設置および取り外しも容易にする。なぜなら、孔が開けられた支持体１０３は、各フィルタ要素１００の中央空隙（ここでは図示せず）と合致する「誘導レール」の役割も担うからである。孔が開けられた支持体１０３は、出口ポート２０７を通る流体の流れを阻害することなく、フィルタレシーバ２０８に取り付けられる。
【００５３】
外側から内側への流体の流れのためのこの構成は、図５Ｂにも示される。この図は、濾過プロセス中に固定される、フィルタ容器の蓋１３５を示す。蓋は、フィルタを設置および取り外すためのハンドルを使用することによって、矩形形状のフィルタを交換および／または洗浄するために、取り外してよい。フィルタの台形形状も、その幅広のベースのフィルタが矩形の支持体によって阻害されないので、取り外すのに役立つ。濾過の開始において、濾過される流体は、汚れた流体の入口１３０を通して空のフィルタ容器の中に導入され、次に、分離プレート２０５から上方にフィルタ容器を満たす。流体レベルがフィルタ媒体１０１に達したとき、流体はフィルタ媒体１０１を越えて流れ、フィルタ要素１００の中央空隙１０５の中に入る。フィルタ媒体を通過した濾過された流体は、次にフィルタ要素の底部キャップの出口の開口部を流れ抜け、フィルタレシーバ２０８および分離プレート２０５の対応する開口部を通って、最終的に、フィルタ容器の底部における清浄な流体の出口２０９を通ってフィルタハウジングを出る。
【００５４】
さらに、分離プレートにおける濾過された流体の、増加された数の開口部が、フィルタにわたる圧力低下を効果的に低減させ、それによってフィルタの効率も増加させる。当技術分野で知られているように、過剰な圧力低下は、フィルタ性能に悪影響を与える。したがって、分離プレートにおいて流れ抜ける空間を増加させることによって、より良好なフィルタ性能のための、最適なレベルの圧力低下を実現することが可能となる。
【００５５】
次に参照する図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、前の図に示した外側から内への流れと対照的な、内側から外側への流れパターンにおける矩形形状のフィルタの使用を例示する図である。内側から外側への構成のために、分離プレート６０５に取り付けられて、下方に延びるフィルタ要素６００が示される。頂部キャップ６１０の各々は、フィルタ媒体６０１の中央空隙６２０（図６Ｃに示す）と連通する開口部６０７を有する。この実施形態において、分離プレート６０５は、容器の内側外周に封止可能に連結されるが、矩形形状のフィルタは分離プレート６０５の下で下方に延びる。分離プレート６０５は、分離プレート６０５の下のフィルタ要素を固定するために、リップ部６１７によって所定の箇所に保持されたバスケット６１５を受け入れることができ、矩形形状のフィルタを受け入れるようサイズが決められる。１つのフィルタ要素が、バスケット構造６１５ａを示すために取り除かれている。流体が濾過される際に、バスケット６１５は、フィルタ媒体が外側に拡張するのを防止し、差圧が増加する際にフィルタの形状の一体性を維持する。各フィルタ要素の頂部キャップ６１０は、汚れた流体を濾過された清浄な流体から分離するように、分離プレート、およびＯリングまたはガスケット封止部を伴うバスケットに堅固に嵌合する。出口６０９は、濾過された流体をフィルタ容器から取り出すために、フィルタ容器の底部にある。
【００５６】
図６Ｂは、流体の入口６１１を示すフィルタ容器の側断面図である。この図は、濾過プロセス中に固定される、フィルタ容器の蓋６２５を示す。蓋は、矩形形状のフィルタの交換および／または洗浄のために取り外してよい。流体は頂部キャップ６１０の開口部６０７を通過し（図６Ａ参照）、分離プレート６０５の下のバスケット６１５に保持された矩形形状のフィルタの中に入る。
【００５７】
図６Ｃは、バスケットから取り出した、内側から外側への流れに使用するための矩形形状のフィルタの断面である。頂部キャップ６１０はハンドル６１２を伴って示され、他の実施形態で前述したような同様の方法で媒体６０１を固定する、内側リップ部６１３および外側リップ部６１４を有する。硬質の底部キャップ６０８は、内側リップ部６２２および外側リップ部６２１を有し、媒体の低縁部を囲む。
【００５８】
図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃに図示するように、流体は汚れた流体の入口６１１から導入され、次に流体は、頂部キャップ６１０の開口部６０７を通ってフィルタ要素６００に入る。頂部キャップの開口部６０７は、フィルタ媒体６０１の中央空隙６２０と連通する。流体は、フィルタ要素６００の内側から、フィルタ媒体６０１を越えて、矩形形状のフィルタの外側へ流れて、濾過プロセスを完了する。清浄な流体は、分離プレート６０５の下のフィルタハウジングにおける清浄な流体の出口６０９を通して、フィルタハウジングを離れる。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｂは、別のアセンブリ、および、集滴を介して好ましくは液体と気体とから成る流体の混合物を分離するための、矩形形状の要素を使用する方法とを例示する。一般的に混合物はエーロゾルである。汚れた液体／気体の入口７１１は、好ましくはハウジング７０２の側部に配置され、液体の出口７１０は分離プレート７０５の上に配置され、清浄な気体の出口７０９は集滴された液体の出口７１０のかなり上の、ハウジングの頂部の近くに配置される。この構成によって、液体／気体の混合物を重力によって自然に分離することが可能となる。汚れた液体／気体の入口７１１の上には、容器７０２の外周の内側に封止可能に取り付けられた分離プレート７０５がある。各矩形形状の集滴装置は、矩形形状の中空竪管７０４上に取り付けられ、この竪管は分離プレート７０５に封止可能に固定される。分離プレート７０５は、各竪管７０４の中空内側チャンバと連通した、対応する開口部（図示せず）を有する。矩形形状の集滴要素７００は、各竪管７０４の頂部に封止可能に取り付けられる。矩形形状の集滴要素は、底部キャップ７１５および硬質の頂部キャップ７１６の開口部と連通する媒体７０１の中央空隙と伴い、（図１および図２と同様に）構築される。矩形形状の集滴要素７００には、孔が開けられた誘導装置７２５が設けられてよい。矩形形状の集滴要素は、支持体７２５が中央空隙に挿入されるように底部キャップの開口部が配置されるよう、容器内に配置される。支持体７２５は、集滴媒体要素を設置するために誘導装置としての役割を担う。矩形形状の集滴要素も、好ましくは台形形状である。気体と液体との混合物の流れは、内側から外である。この実施形態の竪管は、容器の下部部分に、液体集積ゾーンのための領域を提供する。気体は矩形形状の集滴要素７００を通過し、ハウジングの頂部に上昇することになる。液体は集滴要素を通過し、容器の底部に重力によって蓄積することになる。
【００６０】
気体／液体の混合物の流体の流れは、入口７１１を通り、中空竪管７０４を通って矩形形状のフィルタの底部キャップ７１５における開口部の中に入る。次に流体は矩形形状の集滴要素７００の中央空隙に入る。次に流体は、内側から出る方法で媒体７０１を越えて移動して、分離プロセスを完了する。次に清浄な気体は、容器の上部に移動し、気体の出口７０９を通って集められる。図７Ｂは、容器の蓋７２０を伴うこの実施形態の断面を示す。容器の蓋７２０は、上述のように矩形形状の集滴要素を点検するために取り外すことができる。
【００６１】
液体は、分離プロセスの間に液体蓄積ゾーンで蓄積することになる。集滴要素７００は竪管によって分離プレート７０５から持ち上げられている。次に清浄な気体は、清浄な気体の出口７０９を通ってハウジング７０２を出て、その一方で液体は液体出口または排出部７１０を通して取り出される。この液体／気体の分離は、例えば天然ガス生産において特に重要である。より詳細には、ハウジングの内側における集滴要素の配置は、プリーツ型媒体を使用するときに媒体面積全体を増加させるだけではない。これは、より高い液体の積載を媒体にもたらし、より大きい表面積を伴う矩形形状の集滴装置は、より多くの繊維を有し、液体の滴を遮り、排出する。増加した媒体の表面積を貫通する気体を伴い、より低い圧力低下となり、それによって流れの抵抗は減少される。台形の集滴要素が、好ましい実施形態で使用されるとき、ガスの速度は、集滴要素間の追加の自由空間に向けて上方に移動するため減少する。結果は、各集滴要素間の環状速度を減少させることによって、より効果的な液体の取り出しとなる。
【００６２】
集滴プロセスの助けを伴う重量による分離は、液体−気体の混合物が集滴媒体を横切るときに生じる。液体エーロゾルは、集滴媒体なしでは自然に分離しない。集滴媒体の大きい表面積は、媒体を貫通する気体の面速度を下げることによって分離プロセスを促進し、それによって液体エーロゾルの滴を、媒体の繊維によって捉える、または遮ることができる。一旦それらが遮られると、滴は媒体を通して合体し、増大し得る。次に滴は、気体の流れによる液圧抗力のため、媒体を押し通される。一旦滴が媒体を通過すると、滴は、重力によって気体流から分離するのに十分大きくなる。滴は集滴されて大きい質量を伴う大きいサイズとなるので、基本的に引力は気体の液圧抗力よりも大きい。矩形形状の集滴装置は、集滴装置間の適切な空間が可能となるよう配置され、それによって滴は、気体によって上方に運ばれるのではなく、重力によって落下することになる。
【００６３】
次に、軽い液体と重い液体との混合物を分離するために設計されたアセンブリを示す、図８を参照する。ハウジング８０３は、異なる特定の重量を用いて、液体の重力分離を利用するために、水平に寝かせて示されていることに留意されたい。２つの液体相の分離のこのプロセスは、集滴のプロセスでもある。集滴要素は、より重い滴およびより軽い滴の形成を促進することで、媒体が分離プロセスの速度を高めることを介して、より重い液体およびより軽い液体の分離を促進させる。これは、単純な重力分離よりも分離プロセスの速度を高める。矩形形状の集滴要素８００は、本発明の前出の実施形態における要素の使用と同様に、集滴を促進するためにアセンブリで使用される。集滴要素８００は、分離プレート８０５にしっかりと取り付けられる。液体混合物は、入口８１１を通して導入される。次に液体は、分離プレート８０５の入口開口部（図示せず）を通り、矩形形状の集滴要素のキャップ８０２の開口部を通って、要素の内側の中央空隙に移動する。液体の流れは、内側から外側である。次に液体混合物は、内側から出る方法で中央空隙から媒体８０１を越えて移動して、分離プロセスを完了する。集滴された流体は、概ねそれらの密度によって分離され、その後、より重い流体はハウジングの底部に沈むことになり、次に重い液体の出口８０９を通って出る。その一方で、より軽い液体は頂部に浮遊し、次に軽い液体の出口８１０を通って出る。矩形形状の集滴要素は、好ましくは台形形状で、本明細書の説明のように作られる。支持体８１５は、分離プレート８０５上に取り付けて提供されてよく、上述と同じ方法で機能し、集滴要素を挿入するための誘導装置として使用される。
【００６４】
集滴装置に矩形形状の要素を使用する利点は、要素を並べた配置を可能にする、積重ね配置であることである（図３Ａで示すように）。水平方向の集滴装置に使用されると、矩形形状の集滴要素の各々は、各集滴装置の狭い側において、非多孔性の側部パネル８２０を有することができる。集滴装置の列は、図８に示すように、狭い側が容器の頂部および底部に面するよう、集滴ハウジングに積重ねられる。より重い流体がハウジングの底部に沈降する際に、より重い流体はその下方で集滴媒体と接触しない。なぜなら、矩形形状の集滴装置は並んでおり、媒体への接近を遮断する側部パネルを有して、より重い濾過された流体は落下することになるからである。これは、円筒形の集滴装置のアセンブリを使用するよりも利益がある。なぜなら、より重い流体のいくらかは、下方に位置付けられた円筒形集滴装置の外側に落ちることになり、集滴プロセスの効率に影響を与えるからである。円筒形要素は、より重い流体が容器の底部に落ちる際の干渉を排除するために、要素間の自由空間に効果的に整合させることができない。
【００６５】
あるいは、図７Ａおよび図７Ｂに示す実施形態を、液体／液体の分離のための集滴装置として使用することができる。より軽い流体は頂部に浮遊することになり、出口７０９を使用して取り出され、一方で、より重い流体は出口７１０を通して取り出される。
【００６６】
参照する図９Ａ、図９Ｂ、図１０Ａ、および図１０Ｂは、いかにして本発明のフィルタが、一般に産業用途に使用される１８インチ、および３０インチの容器のフィルタハウジング内の空間を効果的に利用して、アセンブリ内に配置されるかを図示する。個々の円筒形形状のフィルタ要素が使用されるフィルタハウジングの内側における、従来の構成と比較すると、矩形形状のフィルタ構成は、より大きい濾過媒体の表面積を可能にし、一方ではハウジングの内側における一定の流体の流れを維持する。これらの図は、商業使用において、容器の入口ポイントにおける流体の流れを分配するために使用されることが多い、Ｖ型バッファを示す。
【００６７】
本発明の効率は、固体を液体から濾過するための、矩形形状のフィルタアセンブリを使用して試験されてきた。図９Ａおよび図９Ｂは、１８インチ径の容器で、円筒形形状および矩形形状のフィルタの配置の比較である。図１０Ａおよび図１０Ｂは、３０インチ径の容器で、円筒形形状および矩形形状のフィルタの配置の比較である。これらの図は、２つの従来のサイズの容器におけるフィルタの配置の例示であり、同じタイプの配置を、容器に適合するようサイズが決められた矩形形状のフィルタ要素を伴う、任意のサイズの容器に使用することができる。設計に依拠して、様々な数の矩形フィルタ要素を、フィルタの全体表面積を増加させるために、フィルタハウジングの内側に提供することができる。空間は、循環のために流体を要素間に十分に流しながら、密にすることができる。濾過の全体効率は、円筒形カートリッジを使用する従来のフィルタと比較すると、より大きいフィルタの表面積によって増加され、矩形形状のフィルタ要素のサイズ、および／または濾過される流体に依拠して、１８インチ径よりも大きい容器について、少なくとも５８〜１７５％だけ改善されることになる。データはプリーツ型媒体の使用に基づく。新規のアセンブリによって濾過され得る流体量の増加によって、フィルタの寿命は長くなり、最大７．５倍長いフィルタ寿命とすることができる。また、増加された濾過効率により、矩形形状のフィルタで満たされた、より小さい容器を使用して、円筒形フィルタを伴う、より大きい容器と同じ容量を濾過することができる。長くなったフィルタ寿命、およびより小さい容器の使用が可能であることは、本発明の全ての実施形態における利益である。
【００６８】
表１は、セルロースのプリーツ型媒体の矩形形状のフィルタにおける様々なパラメータを、一般的な径のフィルタ容器における円筒形フィルタと比較している。１８インチおよび３０インチの容器は、図９Ａおよび図９Ｂ、ならびに図１０Ａおよび図１０Ｂに、それぞれ図示される。データはセルロースのプリーツ型媒体のものであるが、自然媒体の結果は、等価であり、セルロースと同様または類似の利益を有するものと想定される。矩形液状のフィルタは、容器に含まれるフィルタの数、フィルタ媒体の全表面を含む、全ての点で良好である。媒体表面の増加は、フィルタ効率の増加と比例する。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
同様のデータが、プリーツ型ポリプロピレン媒体に関して表２に表わされる。同様または類似の結果が、他の合成媒体にも想定され得る。
【００７１】
【表２】
2020508870.tif 000003
【００７２】
本発明の更なる実施形態は、流体を濾過するための方法である。濾過される流体は、頂部キャップおよび底部を有する複数の矩形形状のフィルタを伴う、フィルタハウジングの中に導入される。媒体は矩形形状の頂部キャップから矩形形状の底部キャップまで延び、媒体の内側に、概ね矩形の中央空隙を提供する。流体は媒体の層を通過して、矩形形状のフィルタの中央における空隙に入る。微粒子はフィルタの外側に残る。濾過された流体は、流体がフィルタ媒体を通過した後に、中央空隙から集められる。これは、外側から内側への流れに対する方法である。
【００７３】
あるいは、方法は内側から外側への流れに適用することができる。流体はフィルタハウジングの中に導入され、矩形形状のフィルタの各々に配置された中央空隙の中に入る。流体は、空隙を取り囲む媒体の層を通過してフィルタの外側に出て、微粒子は空隙内に残る。流体は、フィルタハウジングの分離チャンバに集められ、取り出される。
【００７４】
別の実施形態は、液体を気体流から取り除く方法である。気体と液体との混合物が、容器の中に導入される。気体と液体との混合物は、複数の矩形形状の集滴装置を、フィルタ媒体の内側から外側へ通過する。気体は容器の頂部へ上昇できるようにされている。液体は容器の底部へ沈降できるようにされている。気体は容器の頂部から取り出され、一方で液体は容器の底部から取り出される。類似の方法を、複数の矩形形状の集滴装置を用いて、外側から内側への流れに使用することができる。
【００７５】
本発明の更なる実施形態は、異なる特定の重力を用いて液体を分離する方法である。好ましい実施形態における第１のステップは、液体混合物を、水平軸にある容器の中に導入することである。液体混合物は、複数の矩形形状の集滴装置のうちの１つを、フィルタ媒体の内側から外側へ通過する。より軽い濾過された流体は容器の頂部に浮遊し、より重い濾過された流体は、濾過後に容器の底部へ沈む。より軽い液体は容器の頂部から集められ、より重い液体は容器の底部から集められる。類似の方法が、複数の矩形形状の集滴装置を用いて、外側から内側への流れに使用することができる。
【００７６】
さらなる方法は、水平ではなく直立の容器を用いて、上述の気体と液体との分離と同じ方法を利用する、液体／液体の分離である。
【符号の説明】
【００７７】
１００  フィルタ要素
１０１  媒体
１０１ａ  プリーツ
１０１ｂ  プリーツ
１０１ｃ  媒体層
１０１ｄ  媒体層
１０３  支持体
１０４  スチフナ
１０５  中央空隙
１０６  狭い側のパネル
１１１  頂部キャップ
１１２  リップ部
１１３  内側リップ部
１２１  底部キャップ
１２２  リップ部
１２３  開口部
１２４  内側リップ部
１２５  出口コネクタ、出口キャップ
１２６  ハンドル
１３０  入口、Ｏリング
１３５  蓋
２０１  フィルタハウジング、フィルタ容器
２０５  分離プレート
２０７  出口ポート、出口、開口部
２０８  フィルタレシーバ
２０９  清浄な流体の出口
４２５  Ｏリング
６００  フィルタ要素
６０１  フィルタ媒体
６０５  分離プレート
６０７  開口部
６０９  出口
６０８  底部キャップ
６１０  頂部キャップ
６１１  入口
６１２  ハンドル
６１３  内側リップ部
６１４  外側リップ部
６１５  バスケット
６１５ａ  バスケット構造
６１７  リップ部
６２０  中央空隙
６２１  外側リップ部
６２２  内側リップ部
６２５  蓋
７００  集滴要素
７０１  媒体
７０２  ハウジング、容器
７０４  竪管
７０５  分離プレート
７０９  気体の出口
７１０  液体の出口
７１１  入口
７１５  底部キャップ
７１６  頂部キャップ
７２０  蓋
８００  集滴要素
８０１  媒体
８０２  キャップ
８０３  ハウジング
８０５  分離プレート
８０９  重い液体の出口
８１０  軽い液体の出口
８１１  入口
８１５  支持体
８２０  側部パネル
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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