プリーツ付き多層フィルタろ材およびカートリッジ
プリーツ付きフィルタエレメントは、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材を含む。複合深層フィルタろ材は、複数の深層フィルタろ材層を含む。複数の深層フィルタろ材層の各層は、吸着材微粒子状物質を含む。複数の深層フィルタろ材層の各層は、１３００μｍ未満の厚さを有しうる。複数の深層フィルタろ材層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有しうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００４年１０月１５日出願のＨａｍｌｉｎらの米国仮出願第６０／６１９，３５３号明細書（この開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）の一部継続出願である。
【０００２】
本開示は、一般的には、プリーツ付きろ材に関し、特定的には、流体をろ過するためのプリーツ付き吸着深層フィルタろ材およびそのようなプリーツ付きろ材を利用するフィルタカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００３】
ろ過は、流体（液体または気体）から粒子または混入物を分離する処理であり、流体を貫流させながら粒子を停止させたり捕獲したりする多孔性ろ材に流体を通すことにより達成可能である。ほとんどの従来のろ材は、２つの広義のカテゴリーに分類可能である。すなわち、流体混入物を表層で停止させる表層型ろ材と、媒体内つまり媒体の上流側面と下流側面との間で混入物を捕獲する深層型フィルタろ材と、に分類可能である。
【０００４】
深層型フィルタろ材（特定的には、吸着深層フィルタろ材）は、かなり前から知られている。吸着深層型フィルタろ材では、流体をろ過するためのさまざまな材料（たとえば、セルロース）および任意のさまざまな吸着材微粒子状物質が使用される。ガラス繊維や合成繊維（たとえば、ポリプロピレン繊維またはポリエチレン繊維）のような他の材料も含まれうる。公知の吸着深層型フィルタろ材は、典型的には、３０％〜５０％のセルロースを含むが、セルロースは、全重量の１０％程度の少量で含まれることもある。公知の深層フィルタろ材はまた、典型的には、５０〜７０重量％の微粒子状吸着材物質を含む。フィルタ性能は、深層フィルタろ材層中の微細な吸着材微粒子状物質の量を最大化することにより強化される。所定の目的に好適な公知の吸着材微粒子としては、珪藻土（すなわち、珪藻に由来するシリカのような脆砕性粉体を有する土壌）、パーライト、タルク、シリカゲル、活性炭、アスベスト、モレキュラーシーブ、クレーなどが挙げられる。これらの吸着材粒子は、その大部分が１０μｍ未満の直径を有する。珪藻土やパーライトのようなケイ質材料が一般に使用される。さらに、選択吸着特性を付与したり強化したりするために吸着微粒子状材料に他の化学物質を含浸させることが可能であることも公知である。このほかに、深層フィルタろ材は、バインダ樹脂を含みうる。
【０００５】
一般に、そのような吸着深層フィルタろ材は、両面凸型積層ディスクフィルタエレメントで使用されてきた（米国特許第６，７１２，９６６号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）に示されるとおり）。吸着深層フィルタろ材は、ろ材に吸着させるのに十分な程度に混入物に接触させて流体流から混入物を効果的に除去すべく、合理的なフロースルー厚さを必要とする。深層型媒体の典型的な厚さは、２５００〜７５００μｍの範囲内の厚さである。複数の両面凸状セルで構成される両面凸型フィルタユニットの所与のフィルタ体積置換に対して、最大表面積および最大媒体充填密度は、セル内にみられるサポートセパレータの厚さおよび許容流量を得るのに必要なセル間のスペースが原因で制限される。
【０００６】
プリーツ加工は、所与のフィルタ体積で高い媒体充填密度を達成する一方法として認識されている。プリーツ付きフィルタは、典型的には、アコーディオンのように折り畳まれた比較的薄いセルロース系または合成の表層型ろ材で作製される。円筒型放射状プリーツ付きフィルタエレメントでは、プリーツの外側先端間に有意なスペースが存在しうる。この外側先端スペースを低減させてろ過表面積を増大させるために、スパイラルプリーツフィルタ（米国特許第６，５９８，７４９号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）を参照されたい）および同心状に配置されたプリーツ付きフィルタエレメントの複数のリング（米国特許第５，２３２，５９５号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）を参照されたい）が使用されてきた。２００１年１１月１３日に発行されたＯｌｓｅｎの米国特許第６，３１５，１３０号明細書（本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）には、円筒型フィルタの外径におけるプリーツ密度を増大させてろ過表面積を増大させるために、さまざまな高さのプリーツを使用することが教示されている。また、媒体の深さを増大させて各層ごとに異なるろ過特性を付与すべくフィルタカートリッジ内で異なるろ材層を使用することも公知である。
【０００７】
プリーツ加工を行うには、かなりの曲げ半径が必要である。すなわち、プリーツを形成するためにろ材を鋭角で曲げることが必要である。このため、プリーツ付きフィルタは、典型的には、より厚い吸着深層フィルタろ材を用いずに、比較的薄い可撓性のセルロース系または合成の表層型ろ材で形成されてきた。樹脂含浸微孔性高分子メンブラン媒体、金属繊維媒体、または有孔金属媒体、さらには任意の以上の組合せでありうるメルトブロー高分子媒体、ニードルフェルト高分子媒体、またはスパンボンド高分子媒体、ウェットレイドガラス繊維媒体またはエアレイドガラス繊維媒体、セルロース系繊維媒体を含む表層型ろ材が、プリーツ加工を行うために使用されてきた。これらの表層型ろ材は、吸着深層フィルタろ材にみられるきわめて望ましい微粒子状吸着材が欠如している。
【０００８】
しかしながら、そのような微粒子状物質が組み込まれた吸着深層型フィルタろ材は、脆性であり、典型的には、プリーツ加工時の曲げ半径における伸びに耐えることができない。たとえば、多量の微粒子状吸着材材料（６０％以上の珪藻土）を有しかつ３．５６ｍｍの厚さを有するセルロース系ろ材をプリーツ加工しようと試みた場合、ろ材は亀裂を生じた。亀裂は、多量の珪藻土（ＤＥ）に起因するろ材の構造およびその剛性の結果である。ろ材中の繊維の構造に基づいて、媒体の全厚さは、一体となって曲がるであろう。そのような厚肉層の曲げ外半径は曲げ中立半径よりも有意に大きいので、曲げ外半径に沿ってかなりの引張り歪みが存在する。また、曲げ内半径は曲げ中立半径よりも有意に小さいので、曲げ内半径に沿ってかなりの圧縮歪みが存在する。ろ材中の繊維の亀裂および開裂は、ろ材が多量の微粒子状吸着材および少量のセルロースを含有することが原因となってこれらの高い歪みから生じる回避不能な結果である。ろ材が厚いほど、曲げ外半径と曲げ内半径との差が大きくなるので、外半径ではろ材の伸びが大きくなり、内半径ではろ材の圧縮が大きくなる。したがって、従来の吸着深層フィルタろ材をプリーツ加工すると、ろ材が亀裂を生じたり引き裂かれたりするので、ろ過能力および構造保全性の両方が失われることになる。両面凸型積層ディスクフィルタエレメントでは、深層型フィルタろ材を屈げないことによりこの問題が回避された。
【０００９】
Ｍｅｙｅｒの米国特許第５，２３２，５９５号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）には、プリーツ付き吸着深層型フィルタろ材が開示されている。特定的には、Ｍｅｙｅｒは、それぞれのろ材層の厚さが少なくとも１ｍｍである深層プリーツ付きフィルタを開示している。Ｍｅｙｅｒはさらに、微粒子状吸着材の含有率が乾燥重量基準で５０％以下であれば、吸着深層型フィルタろ材をプリーツ加工しうることを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
吸着深層型フィルタモジュールで高い媒体充填密度が必要とされている。吸着深層型フィルタろ材の充填密度が高ければ、ろ過効率が改良される。吸着深層型フィルタモジュールで所与の媒体質量に対して表面積を増大させることもまた、必要とされている。所与の媒体質量に対して表面積を増大させれば、流量が高くなる。したがって、吸着深層型フィルタにおいて、高い媒体充填密度および増大された表面積の両方が重要である。しかしながら、典型的には、これらの望ましいフィルタ特性を達成するうえでトレードオフが存在する。したがって、表面積を犠牲にすることなく高い媒体充填密度を有する吸着深層型フィルタモジュールが必要とされている。さらに、実質的に全ろ材が利用されるように流体をろ過しうる吸着深層型フィルタモジュールに対する必要性が存在する。現状技術では、Ｏｌｓｅｎにより開示されたような高媒体密度プリーツデザインで吸着深層フィルタろ材を使用することはできず、その結果、高い媒体充填密度は、吸着深層型フィルタモジュールで達成されていない。現在の技術はまた、湿潤重量に関連する問題を抱えている。両面凸状カートリッジを使用した後、媒体の湿潤に起因して重量が増すので、取り扱いにくくなる。それに加えて、両面凸型カートリッジはまた、カートリッジの全重量に寄与する多くの部品を有する。より多量の流体をろ過する必要があって、より大きい直径の両面凸状カートリッジを使用する場合、両面凸型カートリッジに付随する他の問題は、サイズの問題になり、これらの両面凸状カートリッジはいずれも、カートリッジサイズに起因して、より多くのフロアスペースを使用し、取扱いもより困難なものになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の実施形態は、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材を有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。ここで、この複合深層フィルタろ材は、十分に乾燥した状態で形成されたものである。複合深層フィルタろ材は、複数の深層フィルタろ材層を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層は、吸着材微粒子状物質を含む。複数の深層フィルタろ材層の各層は、１３００μｍ未満の厚さを有する。
【００１２】
本開示の一態様において、複数の深層フィルタろ材層の各層の厚さは、９５０μｍ未満の厚さを有しうる。
【００１３】
他の態様において、複数の深層フィルタろ材層は、３から２０までの層の範囲内でありうる。
【００１４】
本開示のさらなる態様において、複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも６０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも７０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。
【００１５】
本開示の他の態様において、複数の深層フィルタろ材層の各層は、セルロースを含みうる。また、吸着材微粒子状物質は、珪藻土、パーライト、タルク、活性炭、アスベストのうちの１つ、およびそれらの組合せを含みうる。
【００１６】
さらに他の態様において、複合深層フィルタろ材は上流側媒体サポート層、下流側媒体サポート層、および微孔性層のうちの少なくとも１層を含みうる。
【００１７】
本開示のさらに他の態様において、複数のプリーツは、円筒状プリーツ付きフィルタエレメントを形成するように略半径方向に延在する複数のプリーツを含みうる。半径方向に延在するプリーツは、外向き放射状一次プリーツおよび内向き放射状二次プリーツを含みうる。ここで、二次プリーツは、一次プリーツ間に介設され、各一次プリーツは、半径方向高さを有し、かつ各二次プリーツは、各一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有する。一次プリーツは、フィルタカートリッジの外周部をなすようにフィルタカートリッジの中心コアから延在するプリーツである。二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ対間に配置されるように複数のプリーツを構成することが可能である。２つの二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ対間に配置されるように複数のプリーツを構成することが可能である。また、１つの二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ間に配置されるように複数のプリーツを構成することも可能である。
【００１８】
一態様において、円筒状プリーツ付きフィルタエレメントは、第１の動作モードで第１の半径方向に流体流を収容しかつ第２の動作モードで第１の半径方向の反対方向の第２の半径方向に流体流を収容するように適合化されうる。
【００１９】
このほかのさらなる態様において、スパイラル配置を有する円筒状プリーツ付きフィルタエレメントを形成するように、半径方向に延在する複数のプリーツを湾曲させることが可能である。円筒状プリーツ付きフィルタエレメントは、内周および外周を有しうる。複数のプリーツは、内周に隣接する根元部および外周に隣接する折り山部を有しうる。また、隣接するプリーツの根元部および折り山部の少なくとも一方は、均一な周波数で半径方向に互いに離間して配置されうる。
【００２０】
本開示の他の実施形態は、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタを有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。複合深層フィルタは、複数の深層フィルタろ材層を含みうる。また、複数の深層フィルタろ材層の各層は、吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の各層は、１３００μｍ未満の厚さを有しうる。
【００２１】
本開示のさらなる実施形態のフィルタモジュールは、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材を有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。複数のプリーツは、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成する半径方向に延在する複数のプリーツを含む。円筒型プリーツ付きフィルタエレメントは、内周および外周を有する。複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ未満の厚さを有する。円筒型コアは、円筒型フィルタエレメントの内周内に同軸状に配置される。円筒型外側ケージは、円筒型フィルタエレメントの外周近傍に同軸状に配置される。
【００２２】
本開示の他の実施形態は、プリーツ付きフィルタエレメントを作製する方法を含む。本方法は、１３００μｍ未満の厚さを有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと、１３００μｍ未満の厚さを有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと、を含む。本方法は第１の深層フィルタろ材層上に第２の深層フィルタろ材層を積層することと、積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと、を含む。本方法はまた、各層が１３００μｍ未満の厚さを有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備することを含みうる。第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層の少なくとも一方は、９００μｍ未満の厚さを有しうる。深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。プリーツ加工工程は、半径方向高さを有する複数の一次プリーツと各一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有する複数の二次プリーツとを準備することを含みうる。本方法はまた、少なくとも１層の媒体サポート層を準備することを含みうる。
【００２３】
本開示のさらに他の実施形態は、プリーツ付きフィルタエレメントを作製する方法を含む。本方法は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと、を含む。本方法は、第１の深層フィルタろ材層上に第２の深層フィルタろ材層を積層することと、積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと、を含む。第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層の少なくとも一方は、１３００μｍ未満の厚さを有しうる。さらに、本方法は、各層が少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備することを含みうる。深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも６０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。
【００２４】
本開示の他の目的および利点は、以下の説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、図面について説明する。図面中、同じ参照番号は、本開示に係る類似の構造要素および／または特徴部を特定する。図１に、全体として参照番号８で示されるプリーツ付きフィルタモジュールを例示する。
【００２６】
典型的なフィルタモジュールは、追加のサポート層および／または微孔性メンブラン層を併用してまたは併用せずに、同一のまたは異なる多孔度の単層または多層のろ材を含む。それに加えて、典型的なフィルタモジュールはまた、端部封止手段または端部キャップ４０、サポート・排出手段、内側コア支持手段、およびオプションの外周サポート手段をも含む。次に、図１および２について説明する。フィルタモジュール８は、中央有孔ケージ２０を取り囲みかつ有孔外側ケージ３０で包囲された複数の長手方向プリーツ１４を有する細長いプリーツ付き複合フィルタエレメント１０を含む。コア２０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の内周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタモジュール８に付与するのに役立つ。外側ケージ３０は、円筒型プリーツ付き構成のフィルタエレメント１０のプリーツを保持し、コア２０と同様に、外側ケージ３０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の外周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタモジュール８に付与するのに役立つ。プリーツを保持するために外側ケージ３０以外の手段を備えうると考えられる。たとえば、フィルタモジュールの外周近傍にプリーツを保持するために、高分子ネット材料または高分子メッシュ材料を利用することが可能である。ハウジングアダプタは、フィルタモジュールの上側端部キャップおよび下側端部キャップと機能的に一体化され、フィルタモジュール８が利用されるろ過用途に依存して開状態（図示されるとおり）または閉状態をとりうる。
【００２７】
図３に最良の形で示されるように、フィルタエレメント１０は、複数の吸着深層型フィルタろ材層１２を含む多層プリーツ加工可能媒体である。プリーツ加工可能媒体は、ろ材の構造保全性を損なうことなくプリーツ加工しうるように特定の厚さ範囲内で作製されたろ材を含む。本開示との関連では、吸着深層型フィルタろ材（深層フィルタろ材とも呼ばれる）は、流体流から混入物を捕獲するために吸着および吸収に部分的に依存する任意のフィルタマトリックスであるとみなされる。深層フィルタろ材はまた、孔径排除ろ過を行うことも可能である。深層フィルタろ材は、典型的には、少なくとも１種の微粒子状吸着材成分を含む。本開示との関連では、微粒子状吸着材材料は、フィルタマトリックスの非繊維状成分であるとみなされ、一般的には、顆粒状物質、機能化ビーズまたは機能化粉末のような微小個別粒子で構成され、その表層にまたはそれが存在する内部細孔構造中に混入物を蓄積する能力を有する。それに加えて、微粒子状吸着材はさらに、吸収性を呈する。典型的な微粒子状吸着材材料は、１〜２００μｍの範囲内の平均粒子サイズを有しうる。深層フィルタろ材中の微粒子状吸着材成分の量は、２０〜８０重量パーセントの範囲内でありうる。
【００２８】
本開示では、個々の深層フィルタろ材層の厚さは、２５０μｍから１３００μｍ未満までの範囲内である。各層１２の典型的な厚さは、７５０μｍであろう。
【００２９】
各吸着深層型フィルタろ材層１２は、セルロースおよび吸着材微粒子状物質を含みうるが、これらに限定されるものではない。ガラス繊維やバインダ樹脂のような他の材料も含まれうる。深層フィルタろ材層１２は、多量の吸着材微粒子状物質を含む。一態様において、層１２は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含む。他の態様において、層１２は、５５〜８５重量％の吸着材微粒子状物質を含む。６０〜８０重量％の範囲内の微粒子状物質が好ましい。所定の目的に好適な任意の公知の吸着材微粒子状物質を使用しうるが、珪藻土（ＤＥ）またはパーライトが好ましい。深層フィルタろ材層１２は、電荷修飾材料、すなわち、処理前の表面に固有の特性とは異なる特定の表面電荷を付与するように陽イオン性もしくは陰イオン性の試剤で処理されているかまたは特定の部分を標的にして化学修飾されている任意の材料を含みうる。
【００３０】
典型的には、深層フィルタろ材は、セルロース繊維および微粒子状吸着材物質の水性スラリーを用いてウェットレイド製紙操作により作製される。微粒子状吸着材は、電荷（イオン性相互作用）すなわち陽イオン交換媒体または陰イオン交換媒体、疎水性相互作用（それほど可溶性でない微粒子間の引力）、および／または抗体と抗原もしくはリガンドとレセプタの場合のような特定の化学親和力に基づいて微粒子の特異的捕獲を可能にする化学部分を含有しうる。これらの微粒子状吸着材は、当業者に公知のさまざまな材料で作製可能であり、この場合、吸着性および／または吸収性の機能基が、１〜２００μｍの大きさを有する微粒子状吸着材に実質的に不可逆的に結合される。不規則形状の微粒子状吸着材がより効果的に機能しうると予想されるが、それは本開示に課される要件ではない。セルロース繊維は、叩解パルプまたは未叩解パルプで構成可能である。未叩解パルプとは、エンドユーザによる二次叩解操作に付されていない市販のパルプのことであり、叩解パルプとは、パルプの性質を変化させるべくエンドユーザによる二次叩解に付された市販のパルプのことである。粘度調整剤、樹脂、またはラテックスをスラリーに添加しうる。他の選択肢として、深層フィルタろ材は、次の成分、すなわち、結合性高分子粒子、活性炭粒子、珪藻土、イオン交換樹脂、および高分子繊維のうちの１つ以上を有する高分子シート媒体を含みうる。
【００３１】
フィルタエレメント１０は、少なくとも２つの層１２を含む。開示を限定するものではないが、フィルタエレメント１０の全厚さは、おそらく２５００μｍ〜７５００μｍの範囲内でありうると予想される。したがって、個々の層１２が２５０μｍ〜５００μｍの厚さである場合、２５００μｍの厚さを有するフィルタエレメントの層の数は、５〜１０の範囲内であろう。５０００μｍの厚さを有するフィルタエレメントの層の数は、この場合も２５０〜５００μｍの個別層の厚さを仮定して１０〜２０の範囲内であろう。
【００３２】
フィルタエレメント１０は、追加の層を含みうる。たとえば、図３に示されるように、スパンボンドポリプロピレンや織成もしくは不織のポリエステルのようなサポート媒体よりなる１層以上の外層１６を深層フィルタろ材層１２の両側に配置しうる。そのようなサポート媒体を用いれば、逆流／逆圧条件で支持を提供することが可能であり、さらには２つの隣接するプリーツが接触状態にあったとしてもそれらの間で流体流が妨害されないように保証することが可能である。上流側および下流側のサポート媒体層１６は、同一のもしくは異なる構成をとりうる。外層１６は、ろ材として作用することはない。
【００３３】
フィルタエレメント１０中の他の層（図示せず）は、深層フィルタろ材層からの微粒子状吸着材の移動を減少させるために使用されるメルトブロー材料の薄層を含みうる。このメルトブロー材料層を用いれば、深層フィルタろ材層１２を覆う粒子の保持が増大しなくなる。さらに、図５に模式的に示されるように、典型的には０．１、０．２、０．４５、０．６５、または０．８μｍの孔径を有するマイクロポーラス膜１８を深層フィルタろ材層の下流に配置することが可能である。この状況では、深層フィルタろ材層は、マイクロポーラス膜フィルタに対するプレフィルタとして作用し、それにより、従来の二段階のろ過処理は、一段階に低減されるであろう。
【００３４】
さらに、フィルタエレメント１０は、異なるろ過特性を有する深層フィルタろ材層１２を含みうる（たとえば、一方の層は、第２の層に対するプレフィルタとして作用する）。複数のろ材層１２のろ過特性を変化させることにより、ろ過の改良を行うことが可能である。流れの方向に減少する多孔度を有する深層フィルタろ材層の配置を以下に記載の先進的プリーツ構成と組み合わせた場合、以下に規定される種々の係数および指数に対する値に基づいて、いくつかの主要な利点を実現することが可能である。所与の設置体積内の媒体充填密度（ＭＰＤ）は、以前の両面凸状カートリッジデザインよりも、１０％〜２０％大きくすることが可能であり、媒体利用指数（ＭＵＩ）は、７４％〜９０％大きくすることが可能であり、Ｇk係数は、３０％〜１１０％大きくすることが可能であり、そして無次元比較指数（ＤＣＩ）は、５０％〜２００％大きくすることが可能である。所与の設置体積内のろ材の表面積は、対応する両面凸状カートリッジデザインよりも３５％〜７５％大きい表面積にまで増大させることが可能である。他の予想される利点は、ろ材の表面積の増大により流束（単位面積あたりの流れ）が減少し、結果的に、吸着能力の増大が可能になることである。また、媒体の質量の増大により吸着能力が増大する。すなわち、言い換えれば、流束を一定に保持することにより、表面積を増大させれば、より高い流量を使用することが可能になる。
【００３５】
これらの薄肉（１３００μｍ以下）深層フィルタろ材層１２のうちのいくつかの層は、従来の厚さ（２５００〜７５００μｍ）にほぼ等しい全吸着深層媒体厚さになるように積層することが可能である。得られた多層フィルタエレメント１０は、当業界内で一般に使用される任意の通常のプリーツ加工機（たとえば、Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｅ２０００）を用いてプリーツ加工可能である。
【００３６】
高面積プリーツデザイン、すなわち、従来のプリーツデザインと比較して円筒型フィルタモジュール内のろ材の充填密度を増大させるデザインについて、以下で説明する。ここでは、図２について説明する。高面積プリーツデザイン（この例では、改変Ｗプリーツ構成）を有するフィルタエレメント１０ａが示されている。フィルタエレメント１０ａの改変Ｗプリーツデザインは、外側ケージ３０におけるフィルタの利用可能な半径方向流路の数の増加に伴って、スパイラルプリーツフィルタに特有なフィルタ面積増加を提供することが明らかにされている。それに加えて、フィルタエレメント１０ａは、コア２０と外側ケージ３０との間のより大きい全フィルタ密度を提供し、より大きい全フィルタ密度によってプリーツ間の支持が改良され、プリーツの移動および結合の可能性が低減されることが明らかにされている。
【００３７】
図２および４について説明する。円筒型フィルタエレメント１０ａは、複数の長手方向および半径方向に延在するプリーツ１４を含み、各プリーツは、互いに連結された１対のプリーツ脚１５を有する。プリーツ１４は、外向き放射状一次プリーツ１４Ｐおよび内向き放射状二次プリーツ１４Ｓを含み、少なくとも１つの二次プリーツは、２つの隣接する一次プリーツ間に配置される。改変Ｗプリーツデザインの詳細は、Ｏｌｓｅｎの米国特許第６，３１５，１３０号明細書に見いだすことができる。図２および４において、プリーツ１４は、説明のために実際よりも離間して配置された形で示されていることに留意すべきである。実際のフィルタエレメントでは、プリーツは、中心コア２０の近傍で隣接プリーツが互いに接触するように互いにより近接して配置されるであろう。それによって、より多量のろ材が、コア２０と外側ケージ３０との間に嵌設される。
【００３８】
流体流がフィルタエレメント１０ａを貫通して半径方向内向きに、すなわち、外側ケージ３０からコア２０の方向に流動するようにフィルタエレメント１０ａを使用する場合、コア２０に当接するプリーツ脚の外面（内側面）は、フィルタエレメント１０ａの下流側面１７を形成し、一方、外側ケージ３０に当接するプリーツ脚の外面（外側面）は、フィルタエレメント１０ａの上流側面１９を形成する。逆に、流体流がフィルタエレメント１０ａを貫通して半径方向外向きに、すなわち、コアから外側ケージの方向に流動するようにフィルタエレメント１０ａを使用する場合、プリーツ脚の内側面は、フィルタエレメント１０ａの上流側面を画定し、プリーツ脚の外側面は、フィルタエレメント１０ａの下流側面を画定する。フィルタエレメント１０ａのいずれの構成においても、相接プリーツ脚の隣接プリーツ面は、それらのそれぞれの高さにわたり実質的に互いに相互支持接触状態にある。
【００３９】
一次プリーツ１４Ｐに対する二次プリーツ１４Ｓの配置の変更は可能である。たとえば、フィルタエレメント１０ａは、隣接する一次プリーツ対１４Ｐ間にさまざまな高さの２つの二次プリーツ１４Ｓを含むことが可能であり、またはフィルタエレメント１０ａは、すべての２つの隣接する一次プリーツ１４Ｐ間に１つの二次プリーツ１４Ｓを含むことが可能である。それに加えて、図示されていないが、フィルタエレメント１０ａは、隣接する一次プリーツ１４Ｐ間にさまざまな数の二次プリーツ１４Ｓを有することが可能であった。
【００４０】
改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、同一の内径および外径を有する従来の半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりもろ過に使用可能なはるかに大きい表面積を有することが明らかにされている。一般的には、改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａは、従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりも３０パーセント（３０％）大きい表面積を有しうることが明らかにされている。それと比較して、従来のＷプリーツ付きフィルタエレメントは、従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりも２０パーセント（２０％）大きい表面積を有するにすぎない。
【００４１】
それに加えて、改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａはまた、従来のＷプリーツ付きフィルタ（２つの充填プリーツ対間に１／２プリーツの均一な反復パターンを有する）または従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタのいずれと比較しても、フィルタモジュール８のコア２０と外側ケージ３０との間により大きいかつより安定したフィルタ密度を提供する。
【００４２】
改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａのより大きいかつより安定したフィルタ密度の結果として、プリーツ間の支持が改良され、かつフィルタエレメントに加わる負荷の分布がより均一になる。したがって、より大きいかつより安定したフィルタ密度によって、プリーツの移動および結合が最小限に抑えられ、脈流系において粒子を保持するプリーツの能力が増大する。さらに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、従来の直線状プリーツ付きフィルタエレメントよりも長いフィルタ寿命を提供することが明らかにされている。さらに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、スパイラルプリーツフィルタエレメントよりも優れた利点を有することが明らかにされている。とくに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、典型的には、フィルタモジュール８の外側ケージ３０における利用可能なフィルタの半径方向流路の数の増加に伴って、スパイラルプリーツ付きフィルタエレメントと同様に、フィルタ面積およびフィルタ密度の増加を提供する。それに加えて、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、典型的には、ケージ内に挿入する前にプリーツをロールオーバすなわち「スパイラル化」しなければならないスパイラルプリーツフィルタエレメントよりも容易に外側ケージ内に挿入される。
【００４３】
改変Ｗプリーツデザインはまた、逆流条件に耐えるフィルタエレメントの能力を増大させうる。比較的低い構造保全性を有する標準的プリーツ付きフィルタエレメントは、流体流がコア２０から外側ケージ３０の方向に流動する場合、圧潰前、プリーツを横切るごくわずかな圧力低下に耐えうるにすぎない。改変Ｗプリーツデザインを用いた場合、プリーツの最密充填箇所がフィルタエレメントの外周方向に移動するので、フィルタエレメントの構造保全性は増大され、それにより、標準的プリーツを有するフィルタエレメントと比較して、より多くのプリーツ間支持が提供される。最密充填箇所は最も短いプリーツの高さに位置すると予想される。
【００４４】
フィルタエレメント１０に対する改変Ｗプリーツデザインを以上に開示したが、本開示の範囲内には他のプリーツデザインが存在する。たとえば、他の選択肢の実施形態では、図５に示されるように、フィルタモジュール８は、スパイラルプリーツフィルタエレメント１０ｂを含みうる。本開示に組み込むのに好適なプリーツ形状を有するスパイラルプリーツフィルタエレメント１０ｂの例は、Ｐａｕｌらの米国特許第６，５９８，７４９号明細書（この開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）に開示されている。Ｐａｕｌらにより開示されたように、それぞれのスパイラルプリーツの高さは、フィルタエレメント１０ｂ全体にわたり均一である必要はない。その結果として、プリーツのすべてが等しい高さでありかつモジュール内に蜜に充填された従来のスパイラルプリーツフィルタモジュールに対して、フィルタモジュール８の流動特性は改良される。それに加えて、不均一なプリーツ高さにすれば、比較的容易にかつ外側ケージ３０の内側面に当接するプリーツの折り山を摩擦により牽引することなく、フィルタエレメント１０ｂを支持ケージ内に軸方向に挿入することが可能になる。したがって、ろ材は、フィルタモジュール組立て時、損傷を受けないであろう。
【００４５】
図６Ａおよび６Ｂに最良の形で示されるように、フィルタエレメント１０ｂの隣接するプリーツは、異なるプリーツ高さを有しうる。隣接するプリーツ１４の根元１１（すなわち、コア２０に最も近いプリーツ部分）は、プリーツが１つおきにコア２０に接触または実質的に接触するように、ずらして配置することが可能である。隣接するプリーツ１４の根元１１をこうしてずらして配置すると、コア２０に隣接するフィルタエレメント１０ｂの周に沿ってボイドまたはチャネルが形成される。その結果として、複数の長手方向に延在するチャネルは、フィルタエレメント１０ｂの内周とコア２０との間に画定される。隣接するプリーツ１４の折り山１３（すなわち、外側ケージ３０に最も近いプリーツ部分）はすべて、実質的に外側ケージ３０に接触しうる。
【００４６】
フィルタエレメント１０ｂの他の選択肢のスパイラルプリーツデザイン（図示せず）では、フィルタエレメント１０ｂの外周と外側ケージ３０との間に長手方向に延在するチャネルを形成するように、プリーツ１４の折り山１３をずらして配置することが可能である。フィルタエレメント１０ｂの他の選択肢のスパイラルプリーツデザインでは、プリーツ１４の根元１１および折り山１３の両方をずらして配置することにより、フィルタエレメント１０ｂの内周および外周の両方に沿ってチャネルを形成することが可能である。これらの長手方向チャネルにより、フィルタモジュール８のケージを貫通する排出が強化される。したがって、フィルタエレメント１０ｂを横切る差圧低下は、プリーツがすべて均一な高さを有しかつカートリッジコアの近傍に蜜に充填された従来のスパイラルプリーツフィルタエレメントを横切る差圧低下よりも小さい。
【００４７】
改変Ｗプリーツデザインおよびスパイラルプリーツデザインに関してフィルタエレメント１０の説明および例示を行ってきたが、本開示の範囲内には他のプリーツデザインが存在することは明らかである。さらに、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、開示されたプリーツデザインに修正および変更を加えることが可能である。
【００４８】
本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメント１０は、さまざまな技術により製造可能である。しかしながら、一般的には、プリーツ加工される深層フィルタろ材およびもしあればサポート媒体を別々のロール上に保存し、層のプリーツ加工時にプリーツ加工機に同時に供給して複合体の形態にすることが可能である。複合フィルタエレメントをプリーツ加工した後、複合層とくにそのサポート媒体がヒートセットされるように、フィルタエレメントを加熱することが可能である。
【００４９】
図示されていないが、次に、プリーツ加工機から送出されたプリーツ付きヒートセットフィルタ複合体をフィルタエレメント１０の目標寸法により決定されるプリーツの規定の長さまたは規定の数になるように切断可能である。次に、プリーツ付きフィルタエレメントの長尺物を円筒形状に形成し、超音波溶接などのような従来の手段によりプリーツ付きフィルタエレメントの長手方向の縁部を継ぎ目に沿って互いに封止し、プリーツ付きフィルタエレメントを円筒形状に保持する。次に、円筒型コア２０を円筒型フィルタエレメント１０に軸方向に挿入し、フィルタエレメントおよびコアを円筒型外側ケージ３０に軸方向に挿入し、端部キャップ４０をフィルタエレメント１０の端部に結合し、図１および５に示されるような完全なフィルタモジュールアセンブリ８を形成することが可能である。
【００５０】
図１および５に示されるように、フィルタモジュール８の円筒型コア２０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の内周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタエレメントに付与するのに役立つ。コア２０は、従来のデザインでありうる。また、十分な強度を有しかつ流体のろ過に適合する任意の材料で作製可能である。コア開口２６は、外側壁とコア２０の中心コアとの間を流体が通過できるように、コア２０を貫通する形で形成される。フィルタモジュール８の外側ケージ３０は、流体が通過するように内設された外側ケージ開口３６を有する従来のデザインでありうる。他の選択肢の外側ケージ（図示せず）は、伸長可能なメッシュスリーブ、多孔性の押出し管、またはコード材料、織成もしくは不織の材料よりなるラップを含む。外側ケージ３０の作製に用いられる材料は、ろ過される流体およびろ過条件に基づいて選択可能である。
【００５１】
通常、本開示に係るフィルタモジュール８は、両端部に端部キャップ４０を備えるであろう。典型的には、ハウジングアダプタ４１は、端部キャップ４０に接合される。ハウジングアダプタ４１は、盲端キャップまたは開端キャップでありうる。また、それらの作製に用いられる材料およびそれらの形状は、ろ過条件およびハウジングアダプタを端部キャップに連結させる部材の材料に基づいて選択可能である。端部キャップ４０は、フィルタエレメント１０に取り付け可能であり、コア２０または外側ケージ３０に取り付けることも可能である。従来技術を用いて、たとえば、エポキシ樹脂、熱接合、またはスピン溶接を用いて、図２に示されるようなろ材の構成要素に端部キャップ４０を取り付けることが可能である。
【００５２】
上述のプリーツ付きフィルタモジュールは、広範なパラメータを用いて作製可能である。典型的なパラメータとしては、２００ｍｍ〜３２５ｍｍの範囲内の外径を有するフィルタモジュールが挙げられうるが、現時点で、４００ｍｍを超える直径を有するモジュールも考えられる。ただし、これらに限定しようとするものではない。典型的な内径は、２５ｍｍ〜１００ｍｍでありうる。フィルタモジュールの典型的な高さまたは長さは、１００ｍｍから５００ｍｍ超の範囲内でありうる。典型的なフィルタエレメントは、２〜７層の深層フィルタろ材層を含み、各層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子材料を有する。先に述べたように、典型的な吸着材微粒子材料は、たとえば、珪藻土である。
【００５３】
実施形態：
深層フィルタろ材の特定の代表的な一実施形態に従って、フィルタエレメントの形成方法について本明細書で説明する。それぞれの深層フィルタろ材層は、純度を改良するために逆浸透により処理された水（ＲＯ水）を用いて１％のスラリーを作製することにより形成される。典型的なスラリー溶液は、当業者の熟知するところであろうが、乾燥重量基準で、市販のクラフトパルプと６％の叩解パルプ（−２５０ＣＳＦ（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）、米国特許第４，３０５，７８２号明細書に記載のとおり）と６８％の珪藻土とよりなる。代表的な一配合物では、２つのタイプの樹脂（たとえば、米国特許第５，０８５，７８４号明細書に開示されているような代表的な電荷修飾処方の樹脂、米国特許第４，４７３，４７４号明細書にさらに開示されているような化学構造を有する（それぞれの開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとするである））が、それぞれ、５．２重量％および１．３重量％の樹脂固形分でスラリー固形分に添加される。当業者の熟知するところであろうが、他の電荷修飾樹脂を用いた他の配合物を使用することも可能である。
【００５４】
得られたスラリーを８０℃に加熱した後、スラリーを製紙機（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ型）に供給した。スラリーの加熱は必須ではないが、より迅速な水の除去を可能にするであろう。その結果、特定のスラリー混合物にもよるが、処理速度を増大できる可能性がある。スラリーを一定の厚さで移動ベルト上に置いた。この処理の典型的なベルト速度は、０．５ｍ／ｍｉｎ〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲内である。ベルトを真空チャンバ内に通してＲＯ水のほとんどをスラリーから除去した。典型的には、適用真空圧は、２５．４〜６８．６センチメートルＨｇ（１０〜２７インチＨｇ）の範囲内であった。次に、乾燥を開始するために、この湿潤状態の媒体を一連の赤外線ヒータ下に供給した。次に、媒体を一連の熱ローラに通して、さらなる処理に供すべく媒体を十分に乾燥させる処理を終了した。次に、得られた深層フィルタ媒体を厚紙コアに巻き取った。処理のこの時点で、得られた深層フィルタろ材（重量基準で５．０％未満の水分含有率を有すると考えられた）は、３０％〜５０％の水分含有率を有する「湿潤状態」の深層フィルタろ材と比較して「乾燥状態」にあるとみなされる。実際上、重量基準で２８％未満の水分含有率を有する得られた深層フィルタろ材はいずれも、「乾燥状態」の深層フィルタろ材であるとみなしうる。
【００５５】
深層フィルタろ材をプリーツ加工してフィルタエレメントを形成するために、図７に示されるように、複数の深層フィルタろ材ロール５２を上流側および下流側のサポート材料のそれぞれのロール５４、５６と一緒に巻出しステーション５０に機能的に配置した。
【００５６】
すべての層が互いに積重なって積層整合されるように、巻き出された深層フィルタろ材層およびサポート材料層を１対のローラ（図示せず）間に供給した。異なるプリーツ高さの送給が可能なプリータ、たとえば、Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｒ１７８ＰＣまたはＲａｂｏｆｓｋｙ Ｅ２０００を用いて、深層フィルタろ材およびサポート材料の多層を一緒にプリーツ加工した。プリーツ加工速度は、１０プリーツ／分〜３５プリーツ／分の範囲内であった。
【００５７】
プリーツ付きろ材層およびサポート材料層を軟化させてプリーツの固化を支援するために、通常、加熱プレートがプリータ内に設置される。ヒータ下から送出されて冷却されることによりプリーツの固化が起こるまで、加熱と併用して、プリーツ加工されたばかりの媒体を加圧下で拘束する。この圧力は、通常、加圧下でプリーツの上端を押圧するクリートを用いることによりプリーツの上端に加えられる。この圧力はまた、取扱い時、ろ材層およびサポート材料層の跳動を防止する。本明細書に記載の実施形態では、フィルタエレメントをヒートセットするために、プリータ中のヒータの上端プレートを１１０℃に設定し、底端プレートを１１５℃に設定した。２０．６Ｋｐａの背圧を加えた。
【００５８】
ハサミを用いて３６プリーツごとにプリーツ付き複合深層フィルタろ材を横方向に切断した。しかしながら、その代わりに鋭利なブレードやウォータジェットのようなより好適な切断システムを使用しうると予想される。次に、帯鋸を用いて１０インチの幅になるように複合媒体の両側をトリミングした。この場合も、その代わりに回転ブレードやウォータジェットのようなより好適な切断システムを使用して、端部キャッピングのためのフラットかつ均一な外面を提供しうると予想される。
【００５９】
次に、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成するために、従来のホットメルトグルー（３Ｍ Ｊｅｔ Ｍｅｌｔ ３７９２−ＬＭ）を用いて２つの自由プリーツ縁を継合した。射出オーバモールド成形、超音波溶接、またはポリプロピレン溶融などのようなより好適な継合システムが予想される。コアを縁封止プリーツ付きフィルタエレメントの中央領域に挿入した。
【００６０】
端部キャッピングの前に、最初に、厚いポリプロピレンシートから作製された２つの端部キャップを機械加工して、ホットメルトを保持することが可能でありかつコアおよびプリーツ付きフィルタエレメントを受容することが可能である端部キャップキャビティを形成した。次に、押出機を用いて、ホットメルトを第１の端部キャップのキャビティ中に分配し、プリーツ付きフィルタエレメントをコアと共にこのキャビティに圧入し、そしてホットメルトを冷却させた。この処理を反復して第２の端部キャップをフィルタエレメントの他端に取り付けた。他の選択肢の端部キャッピング手順では、いくつかのエポキシ樹脂シリンジキットから分配されたエポキシ樹脂（ＬＯＣＴＩＴＥ ＱＵＩＣＫＳＥＴ）を用いて、端部キャップをフィルタエレメントおよびコアに取り付けた。
【００６１】
さらなる他の選択肢の端部キャッピング手順では、フィルタエレメントおよびコアを溶融外面に圧入するときにフィルタエレメントの端部を十分に封入封止すべく、ＩＲヒータを用いて端部キャップ自体を加熱して好適な深さまで端部キャップキャビティの外面を溶融しうると予想される。端部キャッピングが終了した後、フィルタモジュールは、必要になることもある端部アダプター（もしあれば）に連結できる状態にある。得られたフィルタカートリッジは、種々の濾過構成体の形態に集成できる状態にある。
【００６２】
理論的検討：
本開示に係るいくつかの実施形態に関連する特性パラメータを決定するために、理論的検討を行った。理論的検討で使用したいくつかの因子を以下に定義する：
フィルタモジュールの排除体積： フィルタモジュールに占有される体積。
【００６３】
媒体充填密度（ＭＰＤ）： 深層フィルタろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値。
【００６４】
媒体利用指数（ＭＵＩ）： 深層フィルタろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算してフィルタモジュールの有効面積を掛け算した値。
【００６５】
Ｇk係数（Ｇk）：媒体利用指数（ＭＵＩ）にすべての深層フィルタ層の有効深層フィルタろ材の厚さを掛け算した値。
【００６６】
無次元比較指数（ＤＣＩ）： Ｇk係数を全カートリッジ重量で割り算した値であり、次式：
（深層フィルタろ材の質量）×（モジュールの有効フィルタ面積）×（すべての深層フィルタ層の有効深層フィルタろ材の厚さ）／（フィルタモジュールの排除体積）×（全カートリッジ重量）
で表すことが可能である。
【００６７】
無次元比較指数２（ＤＣＩ２）： 深層フィルタろ材の質量の代わりに微粒子状吸着材の質量を使用する以外はＤＣＩと同じ。
【００６８】
媒体充填密度（ＭＰＤ）は、ろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値として定義される。この定義との関連では、質量は、有効質量（すなわち、使用時に利用しうる質量）を意味することに留意することが重要である。深層フィルタ、特定的には、微粒子状吸着材を有する深層フィルタは、電荷部位が多いほど、より良好に機能する（すなわち、より良好な保持性を有する）と考えられるので、この用語は重要である。荷電部位は、流れを損なうことなくこれらの微粒子状吸着材をどれくらい多く充填しうるかの関数である。フィルタモジュールの体積は、使用される装置の包絡サイズであり、可能なかぎり小さいサイズを有することが望ましい。なぜなら、そうすれば、使用時、フィルタ装置により占有される設置面積やスペースが小さくなると思われるからである。これらの２つの機能、すなわち、有効質量および排除体積を組み合わせて、ＭＰＤ比較係数を形成し、２つの類似目的製品の属性を特定し比較した。この比較係数ＭＰＤを用いる場合、特定のフィルタ装置での値がより大きいということは、単純に、性能およびサイズの両方に関して、特定のフィルタ装置が、より低いＭＰＤ値を有するフィルタ装置よりも良好な工学的フィルタ装置であることを意味する。
【００６９】
以上で定義した媒体利用指数（ＭＵＩ）は、ＭＰＤにフィルタモジュールの全有効表面積を掛け算した値である。おわかりのとおり、これはＭＰＤの延長である。ＭＰＤを使用することの欠点の１つは、微粒子状吸着材で満たされたバケツの例で明らかである。かなり大きな質量および非常に小さい包絡体積であるが、この装置の表面積は小さい。表面積は、ろ過用途では重要である。なぜなら、それは流束（単位面積あたりの流れ）を決定するからである。流束を小さくすると媒体との接触時間が増加するので、媒体のろ過性能は向上すると考えられる。流束を小さくすると、フィルタ装置内のろ材の所与のセクションを通過する流体の速度は遅くなる。この場合もＭＰＤと同様に、ＭＵＩは、同目的フィルタカートリッジに対する比較指数である。ＭＵＩ値が大きいほど、工学的フィルタ装置は良好であることが示唆される。なぜなら、値が大きいほど、質量、面積が大きく、かつより小さい包絡サイズで性能の向上を達成できるので使用容易性が大きいという事実に基づいて、より良好な性能であることが示唆される。
【００７０】
この場合も、ＭＵＩがＭＰＤの改良であったのと同様に、Ｇk係数もまた、ＭＵＩと比較して２つの同目的フィルタカートリッジを比較する改良された方法である。ＭＰＤにおいて質量がフィルタ性能に関して重要であったのと同様に、ＭＵＩにおいて面積が流束に関して重要であった。結果的に、流束に影響を及ぼした。それにより流体の速度が影響を受け、さらには接触時間が影響を受ける。Ｇk係数は、フィルタ性能に寄与するもう１つの因子である媒体の深さを含む。Ｇk係数は、ＭＵＩにフィルタ装置で使用される媒体の全有効厚さを掛け算した値である。媒体の厚さは、流体が下流側から流出するまで進入点（外面）から媒体を貫通して引いた垂線であると想定される。厚さまたは深さは重要である。なぜなら、それは、電荷部位と混入物との接触時間を増加させるからである。これは、結果的に、ろ液品質を改良する。すなわち、より良好な性能のフィルタをもたらす。ＭＰＤおよびＭＵＩの場合と同様に、Ｇk値が大きいほど、性能およびサイズの両方に関して良好な工学的フィルタ装置が得られる。
【００７１】
Ｇk係数により２つの同目的フィルタ装置間の良好な比較が行われるが、考慮すべきもう１つの因子が存在する。これは、フィルタ装置の全重量である。高いＧk係数を有する装置を備えることは可能であるが、それはまた、ろ材以外の部品に起因してより高重量になる可能性がある。使用容易性を考慮した場合、この重量は、２つの同目的フィルタ装置間の真の比較を歪めるであろう。たとえば、より嵩高い部品を備えたカートリッジは、より軽量の部品を備えたカートリッジよりも高重量になるであろう。この現象に起因してかつ規格化上および実用上の理由で、Ｇk係数を全フィルタモジュール乾燥重量で割り算する。この操作の結果、無次元比較指数ＤＣＩが得られる。ＤＣＩ値は最大で１、最小で０でありうるが、０または１は物理的に不可能である。この場合も、ＤＣＩは、媒体のろ過性、たとえば、その接触時間に関連する深さ、流束に及ぼすその影響に関連する面積、および電荷部位の数が存在する微粒子状吸着材の量に直接関連するので質量を包含する。ＤＣＩはまた、フィルタ装置の物理的属性、たとえば、サイズ（排除体積）および重量を包含する。これらの２つの因子は、製品の使用容易性に寄与する。これらの因子をすべて組み合わせると、フィルタ装置の性能および使用容易性に関する良好な指標が得られる。さらに、ＤＣＩはまた、媒体の質量の代わりに微粒子状吸着材の質量を使用しうると予想される。値はそれらに応じて変化するであろうが、本開示の有用性をさらに強調することが期待される。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には５０％以下の微粒子状吸着材レベルが教示されているのに対して、本開示では７５％まで収容可能であるので、ＤＣＩ２を用いた場合、ワンプリーツ付き構成体間の差は、より明確になるであろう。
【００７２】
先に述べたように、ＭＰＤは、有効ろ材質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値として定義される。次に、本開示の種々の実施形態に対して理論的に決定されたＭＰＤを、他の公知の先行技術フィルタモジュールに対して計算されたＭＰＤと比較する。その結果、試験した本開示の実施形態に対するＭＰＤは、等しいカートリッジ体積を有する他の公知のセルロース・微粒子状吸着材深層型フィルタカートリッジシステムのときよりも１２％大きい値（最小値として）から１６６％程度大きい値までの範囲内であることが示される。本開示を用いて、フィルタモジュールが他の公知のフィルタモジュールデザインよりも小さい体積を有するようにデザインしたとき、より高い媒体充填密度が達成されることもまた示された。
【００７３】
本開示の種々の実施形態を他の公知のデザインと比較する実施例および計算を以下に提示する。特定的には、計算は、改変Ｗプリーツ構成に従ってプリーツ加工されたフィルタエレメントに基づく。参考のために、以下の式を用いて本開示に係るフィルタモジュールについてモジュール有効表面積、有効媒体質量、および媒体充填密度のようなパラメータを計算した。
【００７４】
記号の定義：
Ａd＝フィルタディスクの有効面積 ｆｔ2
Ａr＝プリーツリング番号ｒから得られる有効表面積 ｆｔ2
Ａs＝モジュールの有効表面積 ｆｔ2
Ｃ＝セルの番号
Ｄ＝ディスクの番号
Ｈp＝一次プリーツの高さ ｉｎ
Ｈr＝リングｒのプリーツの高さ ｉｎ
Ｈs＝特定の二次プリーツの高さ ｉｎ
（先進的プリーツデザインでは、それぞれの二次プリーツの高さは、他の二次プリーツの高さと異なりうることに留意されたい。）
ＩＤ＝コアの内径 ｉｎ
ＩＤp＝プリーツの内径＝コアの外径 ｉｎ
ＩＤr＝リングｒのプリーツの内径 ｉｎ
ＩＤs＝内側シールの外径 ｉｎ
Ｌ＝媒体の長さ ｉｎ
Ｌp＝一次プリーツの長さ ｉｎ
Ｌr＝プリーツリングｒのプリーツの長さ ｉｎ
Ｌs＝二次プリーツの長さ ｉｎ
Ｍ＝媒体およびハードウェアを含む全カートリッジの質量 ｌｂｓ
Ｍa＝有効媒体の質量 ｌｂｓ
Ｎ＝ろ材層の数
ＯＤ＝モジュールの外径 ｉｎ
ＯＤp＝プリーツの外径 ｉｎ
ＯＤr＝プリーツリングｒのプリーツの外径 ｉｎ
ＯＤs＝外縁シールの内径 ｉｎ
Ｐ＝一次プリーツの数
Ｐr＝プリーツリングｒの半径方向プリーツの数
Ｒ＝プリーツリングの全数
Ｓ＝二次プリーツの数
Ｔ＝プリーツの厚さ ｉｎ
Ｖ＝モジュールの体積 ｆｔ3
Ｖa＝有効媒体の体積 ｉｎ3
Δｄ＝１プリーツの厚さによる円周増加に必要とされる直径変化 ｉｎ
ｈ＝モジュールの高さ ｉｎ
ｈa＝モジュールの有効高さ ｉｎ
ｔ＝ろ材の厚さ ｉｎ
ｔd＝下流側サポート層の厚さ ｉｎ
ｔu＝上流側サポート層の厚さ ｉｎ
ＭＰＤ＝媒体充填密度 ｌｂｓ／ｆｔ3
Ｇk＝Ｇk係数 ｌｂｓ
ＤＣＩ＝無次元比較添字
ＭＵＩ＝媒体利用指数 ｌｂｓ／ｆｔ
ρ＝ろ材の密度 ｌｂｓ／ｉｎ3
仮定：
ｏ プリーツ付きフィルタエレメント上への端部キャップの注型封入により、両端で１．２７ｃｍ（１／２ｉｎ）の損失を生じる。
【００７５】
ｏ コアは、０．３２ｃｍ（１／８ｉｎ）の壁厚を有する。
【００７６】
ｏ 端部キャップは、直径がプリーツ外径よりも０．６４ｃｍ（１／４ｉｎ）大きい。
【００７７】
ｏ Ｌｓの計算に制約を与える製造上の要件から、二次プリーツ高さＨ7以上を使用した。
【００７８】
Ｈ7は、Ｌｓに対する式中でＨ1の代わりに代入される。
【００７９】
ｏ 深層フィルタろ材の各層は、０．０８９センチメートル（０．０３５インチ）の厚さである。
【００８０】
ｏ 合計５層の深層フィルタろ材層を使用する。
【００８１】
ｏ 上流側サポート材料は、０．０６１センチメートル（０．０２４インチ）の厚さを有する。
【００８２】
ｏ 下流側サポート材料は、０．０２５センチメートル（０．０１０インチ）の厚さを有する。
【００８３】
ｏ 多くの異なるプリーツ高さを使用する。最も短いプリーツの高さは、２．５４センチメートル（１インチ）である。
【００８４】
式：
ｈa＝ｈ−１（２つの端部キャップ） ｉｎ
ＩＤp＝ＩＤ＋．２５ ｉｎ
ＯＤp＝ＯＤ−０．２５ ｉｎ
Ｈp＝（ＯＤp−ＩＤp）／２ ｉｎ
Ｔ＝２×（Ｎ×ｔ＋ｔd＋ｔu） ｉｎ
Ｐ＝ＩＤp×π／Ｔ
Ｌp＝２×Ｐ×Ｈp ｉｎ
Ｓ＝（ＯＤp−ＩＤp）×π／Ｔ
Ｈs＝［ＯＤp−（ＩＤp＋Ｓ×Ｔ／π）］／２
Δｄ＝Ｔ／π ｉｎ
Ｌs＝２×Ｓ×［Ｈ1−（Ｓ−１）×Δｄ／４］ ｉｎ
Ｌ＝ＬP＋Ｌs ｉｎ
Ａs＝ｈa×Ｌ／１４４ ｆｔ2
Ｖa＝Ｌ×ｈa×ｔ×Ｎ ｉｎ3
Ｍa＝Ｖa×ρ ｌｂｓ
Ｖ＝ＯＤ2×π×ｈ／（４×１７２８） ｆｔ3
ＭＰＤ＝Ｍa／Ｖ ｌｂｓ／ｆｔ3
ＭＵＩ＝ＭＰＤ×Ａs ｌｂｓ／ｆｔ
Ｇk＝ＭＵＩ×（ｔ×Ｎ／１２） ｌｂｓ
ＤＣＩ＝Ｇk／Ｍ
式中、 ρ＝０．０１２５ ｌｂｓ／ｉｎ2
第１の比較：
この第１の比較では、本開示の第１の実施形態をＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣと称される両面凸状カートリッジデザインと比較する（図８参照）。この特定の両面凸状カートリッジデザインを比較のために選択した理由は、それが公知の先行技術製品の中で最も高い媒体充填密度を有すると考えられることにある。
【００８５】
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣを記述した文献から次のデータを誘導した：
ｏ カートリッジのＯＤ＝４１ｃｍ（１６ｉｎ）
ｏ カートリッジの高さ＝１８ｃｍ（７ｉｎ）
ｏ 有効表面積＝１７８００ｓｑ ｃｍ（１９．３７ｓｑ ｆｔ）
ｏ ８セル構成
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣの実際の製品から次のデータを測定観測した：
ｏ カートリッジセルのＯＤ＝４１ｃｍ（１６ｉｎ）
ｏ 外縁シールの内径＝３８．７４ｃｍ（１５．２５ｉｎ）
ｏ コアの直径＝５．０８ｃｍ（２ｉｎ）
ｏ 内側シールの外径＝６．９９ｃｍ（２．７５ｉｎ）
ｏ ２層デザイン、上流側層＝０．３３０ｃｍ（０．１３０ｉｎ）および第２の層＝０．３４３ｃｍ（０．１３５ｉｎ）
ｏ 組合せろ材の密度＝０．３４３ｇ／ｃｍ3（０．０１２４ｌｂｓ／ｉｎ3）
（５個の４７ｍｍディスクを切り出してサンプルを秤量することにより、この密度を計算した。平均で、二層組合せ層は、４７ｍｍディスク１個あたり４．０ｇの重量を有することがわかった。これは、０．３４３ｇ／ｃｍ3（０．０１２４ｌｂｓ／ｉｎ3）に相当する。）
ｏ 1個のセルの２面＝合計１６個の二層フィルタディスク
ｏ アセンブリの非ろ材要素の質量＝２．１５ｋｇ（４．７５ｌｂｓ）
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣの計算結果：
Ｃ＝８
Ｄ＝２×Ｃ＝１６
Ａd＝（ＯＤS2−ＩＤS2）×π／（４×１４４） ｆｔ2
Ａs＝Ａd×Ｄ＝１９．６３ ｆｔ2
Ａｓの計算値（１．８２ｍ2（１９．６３ｆｔ2））は、測定された特性に基づいており、計算値がより大きいので、文献値の代わりに使用される。
【００８６】
表Ｉは、この第１の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、本開示の第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも１４％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも９３％大きい質量利用指数、３１％大きいＧk係数、および５９％大きいＤＣＩを有することもわかる。さらに、本開示のこの第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも１４％大きい質量および６９％大きい表面積を有することもわかる。質量が大きいほど、保持性が改良され；表面積が大きいほど、流束が減少することにより処理量が改良されるか、または処理速度が速くなる。
【００８７】
第２の比較：
この第２の比較では、本開示の第２の実施形態をＰａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋと称される両面凸状カートリッジと比較する（図９参照）。
【００８８】
Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋを記述した文献から次のデータを誘導した：
ｏ カートリッジのＯＤ＝２８．４ｃｍ（１１．２ｉｎ）
ｏ カートリッジの高さ＝２８〜３３ｃｍ（１１〜１３ｉｎ）（より小さいカートリッジ体積を生じることから２８ｃｍ（１１ｉｎ）を計算に使用した。）
ｏ 有効表面積＝１８０００ｓｑ ｃｍ（１９．４ｓｑ ｆｔ）
ｏ １６セル構成
Ｐａｕｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋの実際の製品から次のデータを測定観測した：
ｏ カートリッジセルのＯＤ＝２８．４ｃｍ（１１．２ｉｎ）
ｏ 外縁シールの内径＝２６．９９ｃｍ（１０．６２５ｉｎ）
ｏ コアのＩＤ＝６．３５ｃｍ（２．５ｉｎ）
ｏ 内側シールの外径＝６．９９ｃｍ（２．７５ｉｎ）
ｏ 一層デザイン、上流側層＝０．３５６ｃｍ（０．１４０ｉｎ）
ｏ 密度は０．３７６ｇ／ｃｍ3（０．０１３６ｌｂｓ／ｉｎ3）と計算された
ｏ セル１個あたり２個のフィルタディスク
ｏ アセンブリの非媒体要素の質量＝７．０７
Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋの計算結果
Ｃ＝８
Ｄ＝２×Ｃ＝１６
Ａd＝（ＯＤS2−ＩＤS2）×π／（４×１４４） ｆｔ2
Ａs＝Ａd×Ｄ＝１９．４ ｆｔ2
Ａsの計算値（１．６９４ｃｍ2（１８．２４ｆｔ2））は、１．８０ｃｍ2（１９．４ｆｔ2）の文献値よりも小さいことに留意されたい。したがって、Ａsを必要とする計算では、より大きい値であることから文献値を使用した。
【００８９】
表ＩＩは、この第２の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、本開示の第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも４２％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも７５％大きい質量利用指数、１１１％大きいＧk係数、および２０６％大きいＤＣＩを有することもわかる。さらに、第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも４２％大きい質量および２３％大きい表面積を有することもわかる。
【００９０】
第３の比較：
この第３の比較では、本開示の第３の実施形態をＭｅｙｅｒの米国特許第５，２３２，５９５号明細書により教示されるさまざまなデザインと比較する。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、半径方向プリーツ付きデザインの使用が教示されている。この場合、カートリッジは、単に１つの大きいリングを有するのではなく一連のより短いプリーツを生じる複数のサブリングを有していてもよいし有していなくてもよい。
【００９１】
指標として上記の記号を使用し、次式を用いて米国特許第５，２３２，５９５号明細書の種々のパラメータを計算することが可能である：
ＩＤ1＝ＩＤ＋．２５ （ＩＤr ここで、ｒ＝１） ｉｎ
ＯＤr＝ＩＤr＋１／Ｒ× （ＯＤ−ＩＤ1−Ｒ×．２５） ｉｎ
ＩＤr＝ＯＤ(r-1)＋．２５ （ここで、ｒ＞１） ｉｎ
Ｌr＝２×Ｈr×Ｐr ｉｎ
Ｌ＝ΣＬr ｉｎ
Ｖa＝Ｌ×ｈa×ｔ×Ｎ ｉｎ3
Ｍa＝Ｖa×ρ （ここで、ρ＝０．０１２５ｌｂｓ／ｉｎ3） ｌｂｓ
米国特許第５，２３２，５９５号明細書に記載の技術での有効表面積Ａsは、流入流に最も近いプリーツのリング（上流側リング）の有効面積として定義されることに留意されたい。計算目的で、流れは、カートリッジの外部から流入し、フィルタ中を貫流し、そしてコアから流出すると仮定する。したがって、マルチリングデザインで可能な最大表面積が得られる。
【００９２】
米国特許第５，２３２，５９５号明細書に関係する仮定：
ｏ それぞれのリングは、コアおよび外側リングよりなる。最内側セクションの外側リングは、次のセクションのコアである。
【００９３】
ｏ 媒体厚さ＝０．１０２ｃｍ（０．０４０ｉｎ）と仮定する。カートリッジは、リング１つあたり３層の０．１０２ｃｍ（０．０４０ｉｎ）の厚さの媒体層を有する。これにより質量充填密度が最適化されるであろう。
【００９４】
ｏ それぞれのリングは、上流側サポートおよび下流側サポートの両方を有する：
■ 上流側サポート＝０．０６１ｃｍ（０．０２４ｉｎ）の厚さ；かつ
■ 下流側サポート＝０．０２５ｃｍ（０．０１０ｉｎ）の厚さ。
【００９５】
ｏ それぞれのリングサポートは、厚さ＝０．３１８ｃｍ（０．１２５ｉｎ）を有する。
【００９６】
ｏ リングにより形成されるそれぞれのセクションは、同一のプリーツ高さを有する。
【００９７】
ｏ 媒体密度＝０．３４６ｇ／ｃｍ3（０．０１２５ｌｂｓ／ｉｎ3）。
【００９８】
表ＩＩＩは、この第３の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書で教示された技術よりも少なくとも６％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書で教示された技術よりも少なくとも３８％大きい質量利用指数、少なくとも１００％大きいＧk係数、および少なくとも１０４％大きいＤＣＩを有することがわかる。他の観測結果として、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書により教示されたものよりも少なくとも６％大きい質量および少なくとも１４％大きい表面積を有する。
【００９９】
先進的プリーツ技術を有する本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントが２種の両面凸型カートリッジと比較されている表ＩおよびＩＩのレビューから明らかなように、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの利点は、さらに自明なものになる。表Ｉでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、現在入手可能と考えられる最もよく知られている両面凸状カートリッジデザインと比較される。明らかなように、同一の物理的寸法で構築した場合、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを表す第１の実施形態は、両面凸状カートリッジのＤＣＩが０．３４であるのに対してＤＣＩが０．５４であるので、先行技術の両面凸状カートリッジよりも明らかに良好な工学的装置である。したがって、０．３４のＤＣＩは、これまで達成可能であると考えられる両面凸状カートリッジで最も高い公知のＤＣＩである。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、０．６４までのＤＣＩ値を達成することが可能であると考えられる。さらに、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、そのＤＣＩが０．３５〜０．６４である場合、最も良好に利用されると考えられる。ＤＣＩは、それらの全カートリッジ乾燥重量およびそれぞれのカートリッジが空間内で占有する物理的体積に基づいて比較されるカートリッジを規格化する比較指標である。より大きいＤＣＩ値を得るために、より小さい体積およびより軽い構成要素の一方もしくは両方を有する必要があるので、これらの２つの因子は、使用容易性およびスペースの削減の要件に寄与する。ＤＣＩに含まれる他の因子は、全有効媒体質量、全有効表面積、および媒体の全有効厚さである。この場合も、より高いＤＣＩ値を達成するために、カートリッジは、多くの媒体、表面積、および全深さを有するものでなければならない。媒体質量は、カートリッジが考えられる任意の他の選択肢よりも良好に機能することを示す１つの指標である。なぜなら、より大きい質量では、より高濃度の吸着微粒子が存在すると考えられるからである。これらの吸着微粒子は、より多くの電荷部位を提供することにより深層媒体の吸着機能に寄与する。媒体質量に加えて、ＤＣＩはまた、面積をも考慮に入れる。フィルタの有する表面積が大きいほど、期待しうるフィルタ性能は良好である。より大きい表面積では、処理流量が一定に保持されると仮定すると、流束は低減される。単位面積あたりの流量として表される流束は、流体と電荷部位との接触時間を決定するうえで影響力が大きい。明らかに、流束が小さいほど接触時間が長いことを意味するので、深層媒体は、より効率的なものになる。接触時間に関係する他の影響力の大きい因子は、媒体の深さすなわち厚さである。ＤＣＩはまた、厚さをも考慮に入れる。深層媒体が厚いほど、ろ過される流体と媒体中の荷電部位との接触時間が長くなる。接触時間がこうして長くなると、より効率的なろ過が可能になるであろう。表Ｉでも同様に、評価された特定の両面凸状デザインと比較して、他の比較指標もまた、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの場合のほうが高いことは明らかである。おわかりのとおり、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの記載の代表的な実施形態では、Ｇk係数は６．２８であり、ＭＵＩは４２７であり、ＭＰＤは１２．８７であり、一方、両面凸状カートリッジでは、４．７８のＧk係数、２２０のＭＵＩ、１１．２５のＭＰＤ、および１１．２５のＭＰＤが得られる。これらの比較因子および指標はすべて、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントが表Ｉの両面凸状カートリッジと比較してすべてにわたり良好なデザインであることを示唆する。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントに対してより大きい指標値が記録されたことから、より大きい表面積およびより大きい有効媒体質量を有するので、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントがより効率的であることが示唆される。この比較目的では、カートリッジの体積を同一に保持したが、デザインを単純にするために（部品を少なくするために）、カートリッジの全乾燥重量を低減させることにより、より高いＤＣＩ値を与えうることに留意することが重要である。繰り返しになるが、ＤＣＩは、媒体の有効質量が微粒子状吸着材の全質量と置き換えられたＤＣＩ２により表すことも可能である。この変更を加えると、この比較に対して同一の条件にはならないであろう。なぜなら、両カートリッジは、同一パーセントの微粒子状吸着材質量を有していないであろうと考えられるからである。ＤＣＩ２は、とくに表ＩＩＩの他のデザイン比較において、より顕著なものとなろう。
【０１００】
表Ｉの場合と同様に、表ＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態を他の両面凸型カートリッジと比較する。表ＩＩでは、両面凸状カートリッジとほぼ同一の全体積を有する本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態が比較されており、上述の両面凸状カートリッジよりも明らかに優れている。表ＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態が、０．４９のＤＣＩ、４．１９のＧk値、２８７．５のＭＵＩ、および１２のＭＰＤを有し、ＤＣＩが０．１６、Ｇk係数が１．９８、ＭＵＩが１６４．２、ＭＰＤが８．４７である表ＩＩの両面凸型カートリッジよりも著しく大きいことがわかる。
【０１０１】
表ＩＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の変形形態と比較する。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、半径方向プリーツ付き装置が開示されている。この場合、サブリングが存在してもしなくてもよく、プリーツ付きエレメントは、乾燥重量基準で多くとも５０％の微粒子状吸着材を含有する。表ＩＩＩには、米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の５サブリングまでの変形形態が示されている。これらの５つの変形形態を本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の代表的な実施形態と比較する。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の実施形態は、０．４９のＤＣＩ値、３．５１のＧk値、２４０．４５のＭＵＩ、および１１．７２のＭＰＤを有し、一方、偶然２つのサブリングを有する米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の最良のケースは、０．２４のＤＣＩ値、１．７４のＧk値、１７４．２４のＭＵＩ、および１１．０９のＭＰＤ値を有する。この場合および米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の他の変形形態では、同一の寸法になるように構築された本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の代表的な実施形態は、より高い比較値を有し、性能および使用容易性の両特性の高い本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを与えると考えられる。先に述べたように、ろ材の質量がろ材中の微粒子状吸着材の全質量と置き換えられたＤＣＩ２値も使用可能であると考えられる。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを用いれば、７５％までの微粒子状吸着材を含有するろ材を作製することが可能である。しかしながら、米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、それらの深層フィルタろ材中の５０％までの微粒子状吸着材が教示されているにすぎない。このことに留意して、それに応じて構築された実施形態は、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントと米国特許第５，２３２，５９５号に従って作製された実施形態との間でＤＣＩ２値のさらに大きい差異を生じるであろう。
【０１０２】
繰り返しになるが、同一のサイズ、空間体積のフィルタ装置またはカートリッジにおいて、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、両面凸型深層フィルタカートリッジよりも、大きい媒体質量、より多くの微粒子状吸着材、より大きい面積を充填することが可能であり、かつ他のプリーツ付き深層フィルタろ材装置よりも、大きい質量、多くの微粒子状吸着材、および大きい面積を充填することが可能である。用途にもよるが、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、層の数を増大させることによりその全媒体厚さを増大させる能力を有することにも注目すべきである。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの有するこれらの特性のおかげで、現在知られている他の技術と比較して所与のサイズでロバストかつより効率的な深層ろ過装置が提供される。さらに、対応する両面凸状深層フィルタカートリッジおよび他の深層フィルタカートリッジと比較した場合、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、先進的プリーツ技術の高充填性を利用していので、本開示に係る比較的小さいサイズのプリーツ付きフィルタエレメントで、同一の効率および性能を達成することが可能である。したがって、作業者が取り扱う重量、握り易いサイズのいずれに関しても、さらには対応する両面凸状深層フィルタカートリッジよりも少ない非ろ材構成要素が存在することからサイズおよび重量が小さくなることに起因して、少なくとも、輸送費の減少がもたらされるのでコストに関しても、より使いやすい深層フィルタカートリッジが提供される。このほかに、両面凸状カートリッジは、より大きい湿潤重量の原因となる湿分および流体をトラップする。このことによっても、両面凸状カートリッジは、使用後の取扱いが困難なものとなる。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを用いれば、ボイド体積のほとんどを排除することにより、以上のほとんどが回避されると考えられる。全体として、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、表の装置と比較した場合、取扱いがより容易であるフィルタ装置に組み込まれる潜在的により高い性能を有する深層フィルタの革新的な作製方法を提供すると考えられる。
【実施例】
【０１０３】
実施例１：
媒体形成に特定の実施例で、純度を改良するために逆浸透により処理された水（ＲＯ水）を用いて１％のスラリーを作製することにより、それぞれの深層フィルタろ材層を形成した。スラリー溶液は、当業者が熟知するように、乾燥重量基準で、２６．８％の市販のクラフトパルプと７．３％の叩解パルプ（−２５０ＣＳＦ（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）、米国特許第４，３０５，７８２号明細書に記載のとおり）と６５．９％の０．０２Ｄ’Ａｒｃｙ珪藻土（Ｗｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｃｅｌｉｔｅ ５０７）とよりなるものであった。ポリアミン−エピクロロヒドリン樹脂（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｐｏｌｙｃａｐ １８８４）を樹脂固形分重量基準で１．５％でスラリー固体に添加された。
【０１０４】
得られたスラリーを製紙機（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ型）に供給した。スラリーを一定の厚さで移動スクリーン上に置いた。この処理のスクリーン速度は、９１．４４ｃｍ／ｍｉｎ（３ｆｔ／ｍｉｎ）であった。ＲＯ水のほとんどをスラリーから除去するために、スクリーンを真空スロット上に置いた。適用真空圧は、４６〜５１センチメートルＨｇ（１８〜２０インチＨｇ）の範囲内であった。次に、乾燥を開始するために、この湿潤状態の媒体を一連の赤外線ヒータ下に供給した。次に、媒体を一連の熱ローラに通して、さらなる処理に供すべく媒体を十分に乾燥させる処理を達成した。次に、得られた深層フィルタ媒体を厚紙コアに巻き取った。この時点で、媒体厚さを測定したところ、．０４８〜．０５３センチメートル（．０１９〜．０２１インチ）であった。
【０１０５】
深層フィルタろ材をプリーツ加工してフィルタエレメントを形成するために、上流側および下流側のサポート材料のロールと共に深層フィルタろ材ロールを巻出しステーションに機能的に配置した、上流側サポート層がＢＢＡ Ｆｉｂｅｒｎｅｔ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ ＴＹＰＡＲ ３０９１Ｌであり、上流側媒体層、次の媒体層、および下流側媒体層が、特定例の媒体であり、そして最後に下流側サポート材料がＤｅｌｓｔａｒ ５ ｍｉｌ Ｄｅｌｎｅｔ ＲＣ０７０７−２４ＰＰであるように、ロールを配置した。
【０１０６】
すべての層が互いに積重なって積層整合されるように、巻き出された深層フィルタろ材層およびサポート材料層を１対のローラ間に供給した。異なるプリーツ高さの送給が可能なプリータ（Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｒ１７８ＰＣ）を用いて、深層フィルタろ材およびサポート材料の多層を一緒にプリーツ加工した。プリーツ加工速度は、１０プリーツ／分〜３５プリーツ／分の範囲内であった。
【０１０７】
この特定の実施形態では、フィルタエレメントをヒートセットするために、プリータ中のヒータの上端プレートを１００℃に設定し、底端プレートを１００℃に設定した。１．７ｂａｒの背圧を加えた。
【０１０８】
一次および二次のプリーツ高さのあらかじめ決められたセットをプリータの入口に送入し、次の名目上の一次および二次プリーツを作製した：
【０１０９】
【表１】
上記のプログラムを３サイクル反復させた。ハサミを用いて４８〜５０プリーツごとにプリーツ付き複合深層フィルタろ材を横方向に切断した。次に、２つの環状回転ブレードを用いて２３．６センチメートル（９．２９インチ）の幅になるように複合媒体の両側をトリミングした。次に、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成するために、従来のホットメルトグルー（３Ｍ Ｊｅｔ Ｍｅｌｔ ３７９２−ＬＭ）を用いて２つの自由プリーツ縁ならびにその間のそれぞれの連続した媒体層およびサポート層を継合した。
コアを縁封止プリーツ付きフィルタエレメントの中央領域に挿入した。
【０１１０】
フィルタエレメントおよびコアを溶融外面に圧入するときにフィルタエレメントの端部を十分に封入封止すべく、ＩＲヒータを用いて端部キャップ自体を加熱して０．１２７センチメートル（０．０５０インチ）の好適な深さまで端部キャップキャビティの外面を溶融した。端部キャッピングが終了した後、フィルタモジュールは、端部アダプタに接合できる状態にある。ここで、２２６オーリングを用いて、ダブルオーリングピストン型アダプタの一方の面を端部キャップに、他方の面を盲キャップに接合した。これらのカートリッジのうちの２つを、それぞれ３０１９ｓｑｃｍ（３．２５ｓｑｆｔ）の利用可能表面積を有するように作製した。
【０１１１】
次に、得られたフィルタカートリッジをステンレス鋼ＣＵＮＯフィルタハウジング型番１ＺＭＳ１中に配置して封止した。カートリッジにモラセス溶液を投入した。Ｇｒａｎｄｍａ’ｓ Ｍｏｌａｓｓｅｓ−”Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｌａｖｏｒ”（Ｇｒｅｅｎ Ｌａｂｅｌ）を１リットルあたり０．１６グラムの濃度で水中に分散させた。選択された流量は、カートリッジエレメント1個あたり毎分３ガロンであった。これは、１平方メートルあたり毎分３７．５リットルの流束を生じる。フィルタを横切る圧力低下を監視し、圧力低下が２５ｐｓｉｄに達されたときに試験を中止した。この第１のカートリッジは、９１５リットル毎平方で処理した後、この圧力低下に達した。第１のカートリッジと同一の方法で投入された第２のカートリッジは、９７２リットル毎平方で処理した後、この圧力低下に達した。
【０１１２】
実施例２： 特定例（実施例１）の媒体に記載されるプリーツなしフラットストックを、前に使用したロールのそれぞれからダイを用いる４７ｍｍディスクの形態に切断し、フィルタモジュールとプリーツ付きフィルタエレメントとで構成されたフィルタカートリッジを作製した。次に、フィルタディスクをＣｕｎｏ４７ｍｍハウジング部品番号７０２２５−０１中に配置した。この際、先に記載したようにロールを用いてフィルタエレメントを形成したときと同一の順序で媒体を配置し、ハウジングを封止した。もう１つのハウジングで、この処理を反復し、同様に集成された２つのハウジングを得た。１平方メートルあたり毎分３７．５リットルの流束を生じる４５．４ｍｌ／ｍｉｎの流れを用いて、水中に分散された１６ｇ／ＬのＧｒａｎｄｍａ’ｓ Ｍｏｌａｓｓｅｓ−”Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｌａｖｏｒ”（Ｇｒｅｅｎ Ｌａｂｅｌ）をフィルタに投入した。フィルタを横切る圧力低下を監視し、２５ＰＳＩＤの圧力差がフィルタを横切って記録されたときに試験を中止した。２つのハウジングで得られた処理量は、それぞれ、８８８および９２５リットル毎平方メートルであった。
【０１１３】
実施例３： 以上で試験したカートリッジの作製に使用したプリーツ付き媒体を用いて、４７ｍｍディスクをプリーツ付き材料から切り出した。最初に、フラットに置かれるようにプリーツ付き媒体を延伸し、次に、ダイを用いて４７ｍｍディスクの３層すべてを一度に切断し、プリーツパックの構成した。上流側および下流側のサポート材料を除去し、媒体の組合せを先の場合と同じように４７ｍｍハウジング内に配置し、上記の実施例２に記載したフラットストック試験と同様に投入を行った。得られた処理量を測定したところ、１平方メートルあたり毎分９３７リットルであった。
【０１１４】
最後に、以上の３つの実施例で得られた処理量を比較した。この結果、表ＩＶに示されるように、媒体をプリーツ加工してもろ過性能は影響を受けないことがわかる。さらに、このプリーツ付き媒体をカートリッジの形態に構築した場合、プリーツ付き表面領域はすべて、利用可能である。結果から明らかなように、フラットストックろ材をプリーツ付きろ材に変換することにより性能の損失はみられなかった。
【０１１５】
本開示によれば、多量の吸着材微粒子状物質を有する吸着深層媒体は、プリーツ加工前に媒体を湿潤させる必要がなく、乾燥状態のプリーツ加工時、その構造保全性を保持しうる。より薄い深層フィルタろ材の多層を使用するという革新の結果、曲げ中立半径と比較して、各層の曲げ内半径および曲げ外半径における歪みが低減される。微粒子状物質のパーセントが５０％を超えたとしても、このプリーツ加工は、亀裂を生じることなく達成される。したがって、ろ過操作における利用を妨げる構造的損傷を伴うことなく、深層フィルタろ材をプリーツ加工することが可能である。さらに、薄肉深層フィルタろ材の多層を組み合わせることにより、フィルタエレメントは、先行技術のモノリシック層と同一の全厚さを達成する。多層深層フィルタろ材は、プリーツ加工時、亀裂を生じない。なぜなら、個別層が互い自由に摺動するので、亀裂および分離または離層の問題が回避されるからである。この場合、高パーセントの吸着材微粒子状物質および高面積プリーツデザインを有する多重深層フィルタろ材層で形成されたフィルタモジュールを達成することが可能である。このフィルタモジュールは、得られる吸着深層フィルタろ材がこれまで達成可能であったものよりも実質的に大きい媒体充填密度および表面積を有する結果して、所与のカートリッジ体積で、より高い効率およびより良好な流量が得られるので、従来のフィルタモジュールよりも優れていることが確認された。
【０１１６】
実施形態に関連させて本開示の説明および例示を行ってきたが、以下の特許請求の範囲に規定されるようなプリーツ付きフィルタモジュール、プリーツ付き複合深層フィルタろ材、およびそれらに関連する種々の方法（ただし、これらに限定されるものではない）を含めて、このたび開示された実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、修正および変更を加えうることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係るフィルタモジュールを含むフィルタカートリッジの部分破断斜視図である。
【図２】図２は、図１に示される実施形態に係るフィルタエレメントの斜視図である。
【図３】図３は、図１に示される実施形態に係るフィルタエレメントの部分斜視図である。
【図４】図４は、図１に示される実施形態に係るフィルタモジュールの部分断面図である。
【図５】図５は、本開示の他の実施形態に係るフィルタモジュールを含むフィルタカートリッジの部分破断斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュールの上面図であり、断面図を示すために部分的に破断されている。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュールの詳細断面図である。
【図７】図７は、図１および５の実施形態に従って使用される巻出しステーションの概略図である。
【図８】図８は、先行技術に係る第１の両面凸状フィルタカートリッジの断面上面図である。
【図９】図９は、先行技術に係る第２の両面凸状フィルタカートリッジの断面上面図である。
【図１０】図１０は、先行技術に係るフィルタカートリッジの断面上面図である。
【図１１】表Ｉは、第１の実施形態と図８に示される先行技術との比較である。
【図１２】表ＩＩは、第２の実施形態と図９に示される先行技術との比較である。
【図１３】表ＩＩＩは、第３の実施形態と図１０に示される先行技術との比較である。
【図１４】表ＩＸは、第３の実施形態と図１０に示される先行技術との比較である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００４年１０月１５日出願のＨａｍｌｉｎらの米国仮出願第６０／６１９，３５３号明細書（この開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）の一部継続出願である。
【０００２】
本開示は、一般的には、プリーツ付きろ材に関し、特定的には、流体をろ過するためのプリーツ付き吸着深層フィルタろ材およびそのようなプリーツ付きろ材を利用するフィルタカートリッジに関する。
【背景技術】
【０００３】
ろ過は、流体（液体または気体）から粒子または混入物を分離する処理であり、流体を貫流させながら粒子を停止させたり捕獲したりする多孔性ろ材に流体を通すことにより達成可能である。ほとんどの従来のろ材は、２つの広義のカテゴリーに分類可能である。すなわち、流体混入物を表層で停止させる表層型ろ材と、媒体内つまり媒体の上流側面と下流側面との間で混入物を捕獲する深層型フィルタろ材と、に分類可能である。
【０００４】
深層型フィルタろ材（特定的には、吸着深層フィルタろ材）は、かなり前から知られている。吸着深層型フィルタろ材では、流体をろ過するためのさまざまな材料（たとえば、セルロース）および任意のさまざまな吸着材微粒子状物質が使用される。ガラス繊維や合成繊維（たとえば、ポリプロピレン繊維またはポリエチレン繊維）のような他の材料も含まれうる。公知の吸着深層型フィルタろ材は、典型的には、３０％〜５０％のセルロースを含むが、セルロースは、全重量の１０％程度の少量で含まれることもある。公知の深層フィルタろ材はまた、典型的には、５０〜７０重量％の微粒子状吸着材物質を含む。フィルタ性能は、深層フィルタろ材層中の微細な吸着材微粒子状物質の量を最大化することにより強化される。所定の目的に好適な公知の吸着材微粒子としては、珪藻土（すなわち、珪藻に由来するシリカのような脆砕性粉体を有する土壌）、パーライト、タルク、シリカゲル、活性炭、アスベスト、モレキュラーシーブ、クレーなどが挙げられる。これらの吸着材粒子は、その大部分が１０μｍ未満の直径を有する。珪藻土やパーライトのようなケイ質材料が一般に使用される。さらに、選択吸着特性を付与したり強化したりするために吸着微粒子状材料に他の化学物質を含浸させることが可能であることも公知である。このほかに、深層フィルタろ材は、バインダ樹脂を含みうる。
【０００５】
一般に、そのような吸着深層フィルタろ材は、両面凸型積層ディスクフィルタエレメントで使用されてきた（米国特許第６，７１２，９６６号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）に示されるとおり）。吸着深層フィルタろ材は、ろ材に吸着させるのに十分な程度に混入物に接触させて流体流から混入物を効果的に除去すべく、合理的なフロースルー厚さを必要とする。深層型媒体の典型的な厚さは、２５００〜７５００μｍの範囲内の厚さである。複数の両面凸状セルで構成される両面凸型フィルタユニットの所与のフィルタ体積置換に対して、最大表面積および最大媒体充填密度は、セル内にみられるサポートセパレータの厚さおよび許容流量を得るのに必要なセル間のスペースが原因で制限される。
【０００６】
プリーツ加工は、所与のフィルタ体積で高い媒体充填密度を達成する一方法として認識されている。プリーツ付きフィルタは、典型的には、アコーディオンのように折り畳まれた比較的薄いセルロース系または合成の表層型ろ材で作製される。円筒型放射状プリーツ付きフィルタエレメントでは、プリーツの外側先端間に有意なスペースが存在しうる。この外側先端スペースを低減させてろ過表面積を増大させるために、スパイラルプリーツフィルタ（米国特許第６，５９８，７４９号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）を参照されたい）および同心状に配置されたプリーツ付きフィルタエレメントの複数のリング（米国特許第５，２３２，５９５号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）を参照されたい）が使用されてきた。２００１年１１月１３日に発行されたＯｌｓｅｎの米国特許第６，３１５，１３０号明細書（本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）には、円筒型フィルタの外径におけるプリーツ密度を増大させてろ過表面積を増大させるために、さまざまな高さのプリーツを使用することが教示されている。また、媒体の深さを増大させて各層ごとに異なるろ過特性を付与すべくフィルタカートリッジ内で異なるろ材層を使用することも公知である。
【０００７】
プリーツ加工を行うには、かなりの曲げ半径が必要である。すなわち、プリーツを形成するためにろ材を鋭角で曲げることが必要である。このため、プリーツ付きフィルタは、典型的には、より厚い吸着深層フィルタろ材を用いずに、比較的薄い可撓性のセルロース系または合成の表層型ろ材で形成されてきた。樹脂含浸微孔性高分子メンブラン媒体、金属繊維媒体、または有孔金属媒体、さらには任意の以上の組合せでありうるメルトブロー高分子媒体、ニードルフェルト高分子媒体、またはスパンボンド高分子媒体、ウェットレイドガラス繊維媒体またはエアレイドガラス繊維媒体、セルロース系繊維媒体を含む表層型ろ材が、プリーツ加工を行うために使用されてきた。これらの表層型ろ材は、吸着深層フィルタろ材にみられるきわめて望ましい微粒子状吸着材が欠如している。
【０００８】
しかしながら、そのような微粒子状物質が組み込まれた吸着深層型フィルタろ材は、脆性であり、典型的には、プリーツ加工時の曲げ半径における伸びに耐えることができない。たとえば、多量の微粒子状吸着材材料（６０％以上の珪藻土）を有しかつ３．５６ｍｍの厚さを有するセルロース系ろ材をプリーツ加工しようと試みた場合、ろ材は亀裂を生じた。亀裂は、多量の珪藻土（ＤＥ）に起因するろ材の構造およびその剛性の結果である。ろ材中の繊維の構造に基づいて、媒体の全厚さは、一体となって曲がるであろう。そのような厚肉層の曲げ外半径は曲げ中立半径よりも有意に大きいので、曲げ外半径に沿ってかなりの引張り歪みが存在する。また、曲げ内半径は曲げ中立半径よりも有意に小さいので、曲げ内半径に沿ってかなりの圧縮歪みが存在する。ろ材中の繊維の亀裂および開裂は、ろ材が多量の微粒子状吸着材および少量のセルロースを含有することが原因となってこれらの高い歪みから生じる回避不能な結果である。ろ材が厚いほど、曲げ外半径と曲げ内半径との差が大きくなるので、外半径ではろ材の伸びが大きくなり、内半径ではろ材の圧縮が大きくなる。したがって、従来の吸着深層フィルタろ材をプリーツ加工すると、ろ材が亀裂を生じたり引き裂かれたりするので、ろ過能力および構造保全性の両方が失われることになる。両面凸型積層ディスクフィルタエレメントでは、深層型フィルタろ材を屈げないことによりこの問題が回避された。
【０００９】
Ｍｅｙｅｒの米国特許第５，２３２，５９５号明細書（その開示内容は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）には、プリーツ付き吸着深層型フィルタろ材が開示されている。特定的には、Ｍｅｙｅｒは、それぞれのろ材層の厚さが少なくとも１ｍｍである深層プリーツ付きフィルタを開示している。Ｍｅｙｅｒはさらに、微粒子状吸着材の含有率が乾燥重量基準で５０％以下であれば、吸着深層型フィルタろ材をプリーツ加工しうることを開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
吸着深層型フィルタモジュールで高い媒体充填密度が必要とされている。吸着深層型フィルタろ材の充填密度が高ければ、ろ過効率が改良される。吸着深層型フィルタモジュールで所与の媒体質量に対して表面積を増大させることもまた、必要とされている。所与の媒体質量に対して表面積を増大させれば、流量が高くなる。したがって、吸着深層型フィルタにおいて、高い媒体充填密度および増大された表面積の両方が重要である。しかしながら、典型的には、これらの望ましいフィルタ特性を達成するうえでトレードオフが存在する。したがって、表面積を犠牲にすることなく高い媒体充填密度を有する吸着深層型フィルタモジュールが必要とされている。さらに、実質的に全ろ材が利用されるように流体をろ過しうる吸着深層型フィルタモジュールに対する必要性が存在する。現状技術では、Ｏｌｓｅｎにより開示されたような高媒体密度プリーツデザインで吸着深層フィルタろ材を使用することはできず、その結果、高い媒体充填密度は、吸着深層型フィルタモジュールで達成されていない。現在の技術はまた、湿潤重量に関連する問題を抱えている。両面凸状カートリッジを使用した後、媒体の湿潤に起因して重量が増すので、取り扱いにくくなる。それに加えて、両面凸型カートリッジはまた、カートリッジの全重量に寄与する多くの部品を有する。より多量の流体をろ過する必要があって、より大きい直径の両面凸状カートリッジを使用する場合、両面凸型カートリッジに付随する他の問題は、サイズの問題になり、これらの両面凸状カートリッジはいずれも、カートリッジサイズに起因して、より多くのフロアスペースを使用し、取扱いもより困難なものになる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の実施形態は、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材を有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。ここで、この複合深層フィルタろ材は、十分に乾燥した状態で形成されたものである。複合深層フィルタろ材は、複数の深層フィルタろ材層を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層は、吸着材微粒子状物質を含む。複数の深層フィルタろ材層の各層は、１３００μｍ未満の厚さを有する。
【００１２】
本開示の一態様において、複数の深層フィルタろ材層の各層の厚さは、９５０μｍ未満の厚さを有しうる。
【００１３】
他の態様において、複数の深層フィルタろ材層は、３から２０までの層の範囲内でありうる。
【００１４】
本開示のさらなる態様において、複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも６０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも７０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。
【００１５】
本開示の他の態様において、複数の深層フィルタろ材層の各層は、セルロースを含みうる。また、吸着材微粒子状物質は、珪藻土、パーライト、タルク、活性炭、アスベストのうちの１つ、およびそれらの組合せを含みうる。
【００１６】
さらに他の態様において、複合深層フィルタろ材は上流側媒体サポート層、下流側媒体サポート層、および微孔性層のうちの少なくとも１層を含みうる。
【００１７】
本開示のさらに他の態様において、複数のプリーツは、円筒状プリーツ付きフィルタエレメントを形成するように略半径方向に延在する複数のプリーツを含みうる。半径方向に延在するプリーツは、外向き放射状一次プリーツおよび内向き放射状二次プリーツを含みうる。ここで、二次プリーツは、一次プリーツ間に介設され、各一次プリーツは、半径方向高さを有し、かつ各二次プリーツは、各一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有する。一次プリーツは、フィルタカートリッジの外周部をなすようにフィルタカートリッジの中心コアから延在するプリーツである。二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ対間に配置されるように複数のプリーツを構成することが可能である。２つの二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ対間に配置されるように複数のプリーツを構成することが可能である。また、１つの二次プリーツが２つの隣接する一次プリーツ間に配置されるように複数のプリーツを構成することも可能である。
【００１８】
一態様において、円筒状プリーツ付きフィルタエレメントは、第１の動作モードで第１の半径方向に流体流を収容しかつ第２の動作モードで第１の半径方向の反対方向の第２の半径方向に流体流を収容するように適合化されうる。
【００１９】
このほかのさらなる態様において、スパイラル配置を有する円筒状プリーツ付きフィルタエレメントを形成するように、半径方向に延在する複数のプリーツを湾曲させることが可能である。円筒状プリーツ付きフィルタエレメントは、内周および外周を有しうる。複数のプリーツは、内周に隣接する根元部および外周に隣接する折り山部を有しうる。また、隣接するプリーツの根元部および折り山部の少なくとも一方は、均一な周波数で半径方向に互いに離間して配置されうる。
【００２０】
本開示の他の実施形態は、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタを有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。複合深層フィルタは、複数の深層フィルタろ材層を含みうる。また、複数の深層フィルタろ材層の各層は、吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。複数の深層フィルタろ材層の各層は、１３００μｍ未満の厚さを有しうる。
【００２１】
本開示のさらなる実施形態のフィルタモジュールは、複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材を有するプリーツ付きフィルタエレメントを含む。複数のプリーツは、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成する半径方向に延在する複数のプリーツを含む。円筒型プリーツ付きフィルタエレメントは、内周および外周を有する。複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ未満の厚さを有する。円筒型コアは、円筒型フィルタエレメントの内周内に同軸状に配置される。円筒型外側ケージは、円筒型フィルタエレメントの外周近傍に同軸状に配置される。
【００２２】
本開示の他の実施形態は、プリーツ付きフィルタエレメントを作製する方法を含む。本方法は、１３００μｍ未満の厚さを有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと、１３００μｍ未満の厚さを有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと、を含む。本方法は第１の深層フィルタろ材層上に第２の深層フィルタろ材層を積層することと、積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと、を含む。本方法はまた、各層が１３００μｍ未満の厚さを有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備することを含みうる。第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層の少なくとも一方は、９００μｍ未満の厚さを有しうる。深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。プリーツ加工工程は、半径方向高さを有する複数の一次プリーツと各一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有する複数の二次プリーツとを準備することを含みうる。本方法はまた、少なくとも１層の媒体サポート層を準備することを含みうる。
【００２３】
本開示のさらに他の実施形態は、プリーツ付きフィルタエレメントを作製する方法を含む。本方法は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと、を含む。本方法は、第１の深層フィルタろ材層上に第２の深層フィルタろ材層を積層することと、積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと、を含む。第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層の少なくとも一方は、１３００μｍ未満の厚さを有しうる。さらに、本方法は、各層が少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備することを含みうる。深層フィルタろ材層の少なくとも１層は、少なくとも６０重量％の吸着材微粒子状物質を含みうる。
【００２４】
本開示の他の目的および利点は、以下の説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
次に、図面について説明する。図面中、同じ参照番号は、本開示に係る類似の構造要素および／または特徴部を特定する。図１に、全体として参照番号８で示されるプリーツ付きフィルタモジュールを例示する。
【００２６】
典型的なフィルタモジュールは、追加のサポート層および／または微孔性メンブラン層を併用してまたは併用せずに、同一のまたは異なる多孔度の単層または多層のろ材を含む。それに加えて、典型的なフィルタモジュールはまた、端部封止手段または端部キャップ４０、サポート・排出手段、内側コア支持手段、およびオプションの外周サポート手段をも含む。次に、図１および２について説明する。フィルタモジュール８は、中央有孔ケージ２０を取り囲みかつ有孔外側ケージ３０で包囲された複数の長手方向プリーツ１４を有する細長いプリーツ付き複合フィルタエレメント１０を含む。コア２０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の内周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタモジュール８に付与するのに役立つ。外側ケージ３０は、円筒型プリーツ付き構成のフィルタエレメント１０のプリーツを保持し、コア２０と同様に、外側ケージ３０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の外周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタモジュール８に付与するのに役立つ。プリーツを保持するために外側ケージ３０以外の手段を備えうると考えられる。たとえば、フィルタモジュールの外周近傍にプリーツを保持するために、高分子ネット材料または高分子メッシュ材料を利用することが可能である。ハウジングアダプタは、フィルタモジュールの上側端部キャップおよび下側端部キャップと機能的に一体化され、フィルタモジュール８が利用されるろ過用途に依存して開状態（図示されるとおり）または閉状態をとりうる。
【００２７】
図３に最良の形で示されるように、フィルタエレメント１０は、複数の吸着深層型フィルタろ材層１２を含む多層プリーツ加工可能媒体である。プリーツ加工可能媒体は、ろ材の構造保全性を損なうことなくプリーツ加工しうるように特定の厚さ範囲内で作製されたろ材を含む。本開示との関連では、吸着深層型フィルタろ材（深層フィルタろ材とも呼ばれる）は、流体流から混入物を捕獲するために吸着および吸収に部分的に依存する任意のフィルタマトリックスであるとみなされる。深層フィルタろ材はまた、孔径排除ろ過を行うことも可能である。深層フィルタろ材は、典型的には、少なくとも１種の微粒子状吸着材成分を含む。本開示との関連では、微粒子状吸着材材料は、フィルタマトリックスの非繊維状成分であるとみなされ、一般的には、顆粒状物質、機能化ビーズまたは機能化粉末のような微小個別粒子で構成され、その表層にまたはそれが存在する内部細孔構造中に混入物を蓄積する能力を有する。それに加えて、微粒子状吸着材はさらに、吸収性を呈する。典型的な微粒子状吸着材材料は、１〜２００μｍの範囲内の平均粒子サイズを有しうる。深層フィルタろ材中の微粒子状吸着材成分の量は、２０〜８０重量パーセントの範囲内でありうる。
【００２８】
本開示では、個々の深層フィルタろ材層の厚さは、２５０μｍから１３００μｍ未満までの範囲内である。各層１２の典型的な厚さは、７５０μｍであろう。
【００２９】
各吸着深層型フィルタろ材層１２は、セルロースおよび吸着材微粒子状物質を含みうるが、これらに限定されるものではない。ガラス繊維やバインダ樹脂のような他の材料も含まれうる。深層フィルタろ材層１２は、多量の吸着材微粒子状物質を含む。一態様において、層１２は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含む。他の態様において、層１２は、５５〜８５重量％の吸着材微粒子状物質を含む。６０〜８０重量％の範囲内の微粒子状物質が好ましい。所定の目的に好適な任意の公知の吸着材微粒子状物質を使用しうるが、珪藻土（ＤＥ）またはパーライトが好ましい。深層フィルタろ材層１２は、電荷修飾材料、すなわち、処理前の表面に固有の特性とは異なる特定の表面電荷を付与するように陽イオン性もしくは陰イオン性の試剤で処理されているかまたは特定の部分を標的にして化学修飾されている任意の材料を含みうる。
【００３０】
典型的には、深層フィルタろ材は、セルロース繊維および微粒子状吸着材物質の水性スラリーを用いてウェットレイド製紙操作により作製される。微粒子状吸着材は、電荷（イオン性相互作用）すなわち陽イオン交換媒体または陰イオン交換媒体、疎水性相互作用（それほど可溶性でない微粒子間の引力）、および／または抗体と抗原もしくはリガンドとレセプタの場合のような特定の化学親和力に基づいて微粒子の特異的捕獲を可能にする化学部分を含有しうる。これらの微粒子状吸着材は、当業者に公知のさまざまな材料で作製可能であり、この場合、吸着性および／または吸収性の機能基が、１〜２００μｍの大きさを有する微粒子状吸着材に実質的に不可逆的に結合される。不規則形状の微粒子状吸着材がより効果的に機能しうると予想されるが、それは本開示に課される要件ではない。セルロース繊維は、叩解パルプまたは未叩解パルプで構成可能である。未叩解パルプとは、エンドユーザによる二次叩解操作に付されていない市販のパルプのことであり、叩解パルプとは、パルプの性質を変化させるべくエンドユーザによる二次叩解に付された市販のパルプのことである。粘度調整剤、樹脂、またはラテックスをスラリーに添加しうる。他の選択肢として、深層フィルタろ材は、次の成分、すなわち、結合性高分子粒子、活性炭粒子、珪藻土、イオン交換樹脂、および高分子繊維のうちの１つ以上を有する高分子シート媒体を含みうる。
【００３１】
フィルタエレメント１０は、少なくとも２つの層１２を含む。開示を限定するものではないが、フィルタエレメント１０の全厚さは、おそらく２５００μｍ〜７５００μｍの範囲内でありうると予想される。したがって、個々の層１２が２５０μｍ〜５００μｍの厚さである場合、２５００μｍの厚さを有するフィルタエレメントの層の数は、５〜１０の範囲内であろう。５０００μｍの厚さを有するフィルタエレメントの層の数は、この場合も２５０〜５００μｍの個別層の厚さを仮定して１０〜２０の範囲内であろう。
【００３２】
フィルタエレメント１０は、追加の層を含みうる。たとえば、図３に示されるように、スパンボンドポリプロピレンや織成もしくは不織のポリエステルのようなサポート媒体よりなる１層以上の外層１６を深層フィルタろ材層１２の両側に配置しうる。そのようなサポート媒体を用いれば、逆流／逆圧条件で支持を提供することが可能であり、さらには２つの隣接するプリーツが接触状態にあったとしてもそれらの間で流体流が妨害されないように保証することが可能である。上流側および下流側のサポート媒体層１６は、同一のもしくは異なる構成をとりうる。外層１６は、ろ材として作用することはない。
【００３３】
フィルタエレメント１０中の他の層（図示せず）は、深層フィルタろ材層からの微粒子状吸着材の移動を減少させるために使用されるメルトブロー材料の薄層を含みうる。このメルトブロー材料層を用いれば、深層フィルタろ材層１２を覆う粒子の保持が増大しなくなる。さらに、図５に模式的に示されるように、典型的には０．１、０．２、０．４５、０．６５、または０．８μｍの孔径を有するマイクロポーラス膜１８を深層フィルタろ材層の下流に配置することが可能である。この状況では、深層フィルタろ材層は、マイクロポーラス膜フィルタに対するプレフィルタとして作用し、それにより、従来の二段階のろ過処理は、一段階に低減されるであろう。
【００３４】
さらに、フィルタエレメント１０は、異なるろ過特性を有する深層フィルタろ材層１２を含みうる（たとえば、一方の層は、第２の層に対するプレフィルタとして作用する）。複数のろ材層１２のろ過特性を変化させることにより、ろ過の改良を行うことが可能である。流れの方向に減少する多孔度を有する深層フィルタろ材層の配置を以下に記載の先進的プリーツ構成と組み合わせた場合、以下に規定される種々の係数および指数に対する値に基づいて、いくつかの主要な利点を実現することが可能である。所与の設置体積内の媒体充填密度（ＭＰＤ）は、以前の両面凸状カートリッジデザインよりも、１０％〜２０％大きくすることが可能であり、媒体利用指数（ＭＵＩ）は、７４％〜９０％大きくすることが可能であり、Ｇk係数は、３０％〜１１０％大きくすることが可能であり、そして無次元比較指数（ＤＣＩ）は、５０％〜２００％大きくすることが可能である。所与の設置体積内のろ材の表面積は、対応する両面凸状カートリッジデザインよりも３５％〜７５％大きい表面積にまで増大させることが可能である。他の予想される利点は、ろ材の表面積の増大により流束（単位面積あたりの流れ）が減少し、結果的に、吸着能力の増大が可能になることである。また、媒体の質量の増大により吸着能力が増大する。すなわち、言い換えれば、流束を一定に保持することにより、表面積を増大させれば、より高い流量を使用することが可能になる。
【００３５】
これらの薄肉（１３００μｍ以下）深層フィルタろ材層１２のうちのいくつかの層は、従来の厚さ（２５００〜７５００μｍ）にほぼ等しい全吸着深層媒体厚さになるように積層することが可能である。得られた多層フィルタエレメント１０は、当業界内で一般に使用される任意の通常のプリーツ加工機（たとえば、Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｅ２０００）を用いてプリーツ加工可能である。
【００３６】
高面積プリーツデザイン、すなわち、従来のプリーツデザインと比較して円筒型フィルタモジュール内のろ材の充填密度を増大させるデザインについて、以下で説明する。ここでは、図２について説明する。高面積プリーツデザイン（この例では、改変Ｗプリーツ構成）を有するフィルタエレメント１０ａが示されている。フィルタエレメント１０ａの改変Ｗプリーツデザインは、外側ケージ３０におけるフィルタの利用可能な半径方向流路の数の増加に伴って、スパイラルプリーツフィルタに特有なフィルタ面積増加を提供することが明らかにされている。それに加えて、フィルタエレメント１０ａは、コア２０と外側ケージ３０との間のより大きい全フィルタ密度を提供し、より大きい全フィルタ密度によってプリーツ間の支持が改良され、プリーツの移動および結合の可能性が低減されることが明らかにされている。
【００３７】
図２および４について説明する。円筒型フィルタエレメント１０ａは、複数の長手方向および半径方向に延在するプリーツ１４を含み、各プリーツは、互いに連結された１対のプリーツ脚１５を有する。プリーツ１４は、外向き放射状一次プリーツ１４Ｐおよび内向き放射状二次プリーツ１４Ｓを含み、少なくとも１つの二次プリーツは、２つの隣接する一次プリーツ間に配置される。改変Ｗプリーツデザインの詳細は、Ｏｌｓｅｎの米国特許第６，３１５，１３０号明細書に見いだすことができる。図２および４において、プリーツ１４は、説明のために実際よりも離間して配置された形で示されていることに留意すべきである。実際のフィルタエレメントでは、プリーツは、中心コア２０の近傍で隣接プリーツが互いに接触するように互いにより近接して配置されるであろう。それによって、より多量のろ材が、コア２０と外側ケージ３０との間に嵌設される。
【００３８】
流体流がフィルタエレメント１０ａを貫通して半径方向内向きに、すなわち、外側ケージ３０からコア２０の方向に流動するようにフィルタエレメント１０ａを使用する場合、コア２０に当接するプリーツ脚の外面（内側面）は、フィルタエレメント１０ａの下流側面１７を形成し、一方、外側ケージ３０に当接するプリーツ脚の外面（外側面）は、フィルタエレメント１０ａの上流側面１９を形成する。逆に、流体流がフィルタエレメント１０ａを貫通して半径方向外向きに、すなわち、コアから外側ケージの方向に流動するようにフィルタエレメント１０ａを使用する場合、プリーツ脚の内側面は、フィルタエレメント１０ａの上流側面を画定し、プリーツ脚の外側面は、フィルタエレメント１０ａの下流側面を画定する。フィルタエレメント１０ａのいずれの構成においても、相接プリーツ脚の隣接プリーツ面は、それらのそれぞれの高さにわたり実質的に互いに相互支持接触状態にある。
【００３９】
一次プリーツ１４Ｐに対する二次プリーツ１４Ｓの配置の変更は可能である。たとえば、フィルタエレメント１０ａは、隣接する一次プリーツ対１４Ｐ間にさまざまな高さの２つの二次プリーツ１４Ｓを含むことが可能であり、またはフィルタエレメント１０ａは、すべての２つの隣接する一次プリーツ１４Ｐ間に１つの二次プリーツ１４Ｓを含むことが可能である。それに加えて、図示されていないが、フィルタエレメント１０ａは、隣接する一次プリーツ１４Ｐ間にさまざまな数の二次プリーツ１４Ｓを有することが可能であった。
【００４０】
改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、同一の内径および外径を有する従来の半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりもろ過に使用可能なはるかに大きい表面積を有することが明らかにされている。一般的には、改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａは、従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりも３０パーセント（３０％）大きい表面積を有しうることが明らかにされている。それと比較して、従来のＷプリーツ付きフィルタエレメントは、従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタエレメントよりも２０パーセント（２０％）大きい表面積を有するにすぎない。
【００４１】
それに加えて、改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａはまた、従来のＷプリーツ付きフィルタ（２つの充填プリーツ対間に１／２プリーツの均一な反復パターンを有する）または従来の直線状半径方向プリーツ付きフィルタのいずれと比較しても、フィルタモジュール８のコア２０と外側ケージ３０との間により大きいかつより安定したフィルタ密度を提供する。
【００４２】
改変Ｗプリーツフィルタエレメント１０ａのより大きいかつより安定したフィルタ密度の結果として、プリーツ間の支持が改良され、かつフィルタエレメントに加わる負荷の分布がより均一になる。したがって、より大きいかつより安定したフィルタ密度によって、プリーツの移動および結合が最小限に抑えられ、脈流系において粒子を保持するプリーツの能力が増大する。さらに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、従来の直線状プリーツ付きフィルタエレメントよりも長いフィルタ寿命を提供することが明らかにされている。さらに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、スパイラルプリーツフィルタエレメントよりも優れた利点を有することが明らかにされている。とくに、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、典型的には、フィルタモジュール８の外側ケージ３０における利用可能なフィルタの半径方向流路の数の増加に伴って、スパイラルプリーツ付きフィルタエレメントと同様に、フィルタ面積およびフィルタ密度の増加を提供する。それに加えて、改変Ｗプリーツフィルタエレメントは、典型的には、ケージ内に挿入する前にプリーツをロールオーバすなわち「スパイラル化」しなければならないスパイラルプリーツフィルタエレメントよりも容易に外側ケージ内に挿入される。
【００４３】
改変Ｗプリーツデザインはまた、逆流条件に耐えるフィルタエレメントの能力を増大させうる。比較的低い構造保全性を有する標準的プリーツ付きフィルタエレメントは、流体流がコア２０から外側ケージ３０の方向に流動する場合、圧潰前、プリーツを横切るごくわずかな圧力低下に耐えうるにすぎない。改変Ｗプリーツデザインを用いた場合、プリーツの最密充填箇所がフィルタエレメントの外周方向に移動するので、フィルタエレメントの構造保全性は増大され、それにより、標準的プリーツを有するフィルタエレメントと比較して、より多くのプリーツ間支持が提供される。最密充填箇所は最も短いプリーツの高さに位置すると予想される。
【００４４】
フィルタエレメント１０に対する改変Ｗプリーツデザインを以上に開示したが、本開示の範囲内には他のプリーツデザインが存在する。たとえば、他の選択肢の実施形態では、図５に示されるように、フィルタモジュール８は、スパイラルプリーツフィルタエレメント１０ｂを含みうる。本開示に組み込むのに好適なプリーツ形状を有するスパイラルプリーツフィルタエレメント１０ｂの例は、Ｐａｕｌらの米国特許第６，５９８，７４９号明細書（この開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとする）に開示されている。Ｐａｕｌらにより開示されたように、それぞれのスパイラルプリーツの高さは、フィルタエレメント１０ｂ全体にわたり均一である必要はない。その結果として、プリーツのすべてが等しい高さでありかつモジュール内に蜜に充填された従来のスパイラルプリーツフィルタモジュールに対して、フィルタモジュール８の流動特性は改良される。それに加えて、不均一なプリーツ高さにすれば、比較的容易にかつ外側ケージ３０の内側面に当接するプリーツの折り山を摩擦により牽引することなく、フィルタエレメント１０ｂを支持ケージ内に軸方向に挿入することが可能になる。したがって、ろ材は、フィルタモジュール組立て時、損傷を受けないであろう。
【００４５】
図６Ａおよび６Ｂに最良の形で示されるように、フィルタエレメント１０ｂの隣接するプリーツは、異なるプリーツ高さを有しうる。隣接するプリーツ１４の根元１１（すなわち、コア２０に最も近いプリーツ部分）は、プリーツが１つおきにコア２０に接触または実質的に接触するように、ずらして配置することが可能である。隣接するプリーツ１４の根元１１をこうしてずらして配置すると、コア２０に隣接するフィルタエレメント１０ｂの周に沿ってボイドまたはチャネルが形成される。その結果として、複数の長手方向に延在するチャネルは、フィルタエレメント１０ｂの内周とコア２０との間に画定される。隣接するプリーツ１４の折り山１３（すなわち、外側ケージ３０に最も近いプリーツ部分）はすべて、実質的に外側ケージ３０に接触しうる。
【００４６】
フィルタエレメント１０ｂの他の選択肢のスパイラルプリーツデザイン（図示せず）では、フィルタエレメント１０ｂの外周と外側ケージ３０との間に長手方向に延在するチャネルを形成するように、プリーツ１４の折り山１３をずらして配置することが可能である。フィルタエレメント１０ｂの他の選択肢のスパイラルプリーツデザインでは、プリーツ１４の根元１１および折り山１３の両方をずらして配置することにより、フィルタエレメント１０ｂの内周および外周の両方に沿ってチャネルを形成することが可能である。これらの長手方向チャネルにより、フィルタモジュール８のケージを貫通する排出が強化される。したがって、フィルタエレメント１０ｂを横切る差圧低下は、プリーツがすべて均一な高さを有しかつカートリッジコアの近傍に蜜に充填された従来のスパイラルプリーツフィルタエレメントを横切る差圧低下よりも小さい。
【００４７】
改変Ｗプリーツデザインおよびスパイラルプリーツデザインに関してフィルタエレメント１０の説明および例示を行ってきたが、本開示の範囲内には他のプリーツデザインが存在することは明らかである。さらに、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、開示されたプリーツデザインに修正および変更を加えることが可能である。
【００４８】
本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメント１０は、さまざまな技術により製造可能である。しかしながら、一般的には、プリーツ加工される深層フィルタろ材およびもしあればサポート媒体を別々のロール上に保存し、層のプリーツ加工時にプリーツ加工機に同時に供給して複合体の形態にすることが可能である。複合フィルタエレメントをプリーツ加工した後、複合層とくにそのサポート媒体がヒートセットされるように、フィルタエレメントを加熱することが可能である。
【００４９】
図示されていないが、次に、プリーツ加工機から送出されたプリーツ付きヒートセットフィルタ複合体をフィルタエレメント１０の目標寸法により決定されるプリーツの規定の長さまたは規定の数になるように切断可能である。次に、プリーツ付きフィルタエレメントの長尺物を円筒形状に形成し、超音波溶接などのような従来の手段によりプリーツ付きフィルタエレメントの長手方向の縁部を継ぎ目に沿って互いに封止し、プリーツ付きフィルタエレメントを円筒形状に保持する。次に、円筒型コア２０を円筒型フィルタエレメント１０に軸方向に挿入し、フィルタエレメントおよびコアを円筒型外側ケージ３０に軸方向に挿入し、端部キャップ４０をフィルタエレメント１０の端部に結合し、図１および５に示されるような完全なフィルタモジュールアセンブリ８を形成することが可能である。
【００５０】
図１および５に示されるように、フィルタモジュール８の円筒型コア２０は、半径方向の力に対抗してフィルタエレメント１０の内周を支持するとともに、曲げに対抗して軸方向の強度および剛性をフィルタエレメントに付与するのに役立つ。コア２０は、従来のデザインでありうる。また、十分な強度を有しかつ流体のろ過に適合する任意の材料で作製可能である。コア開口２６は、外側壁とコア２０の中心コアとの間を流体が通過できるように、コア２０を貫通する形で形成される。フィルタモジュール８の外側ケージ３０は、流体が通過するように内設された外側ケージ開口３６を有する従来のデザインでありうる。他の選択肢の外側ケージ（図示せず）は、伸長可能なメッシュスリーブ、多孔性の押出し管、またはコード材料、織成もしくは不織の材料よりなるラップを含む。外側ケージ３０の作製に用いられる材料は、ろ過される流体およびろ過条件に基づいて選択可能である。
【００５１】
通常、本開示に係るフィルタモジュール８は、両端部に端部キャップ４０を備えるであろう。典型的には、ハウジングアダプタ４１は、端部キャップ４０に接合される。ハウジングアダプタ４１は、盲端キャップまたは開端キャップでありうる。また、それらの作製に用いられる材料およびそれらの形状は、ろ過条件およびハウジングアダプタを端部キャップに連結させる部材の材料に基づいて選択可能である。端部キャップ４０は、フィルタエレメント１０に取り付け可能であり、コア２０または外側ケージ３０に取り付けることも可能である。従来技術を用いて、たとえば、エポキシ樹脂、熱接合、またはスピン溶接を用いて、図２に示されるようなろ材の構成要素に端部キャップ４０を取り付けることが可能である。
【００５２】
上述のプリーツ付きフィルタモジュールは、広範なパラメータを用いて作製可能である。典型的なパラメータとしては、２００ｍｍ〜３２５ｍｍの範囲内の外径を有するフィルタモジュールが挙げられうるが、現時点で、４００ｍｍを超える直径を有するモジュールも考えられる。ただし、これらに限定しようとするものではない。典型的な内径は、２５ｍｍ〜１００ｍｍでありうる。フィルタモジュールの典型的な高さまたは長さは、１００ｍｍから５００ｍｍ超の範囲内でありうる。典型的なフィルタエレメントは、２〜７層の深層フィルタろ材層を含み、各層は、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子材料を有する。先に述べたように、典型的な吸着材微粒子材料は、たとえば、珪藻土である。
【００５３】
実施形態：
深層フィルタろ材の特定の代表的な一実施形態に従って、フィルタエレメントの形成方法について本明細書で説明する。それぞれの深層フィルタろ材層は、純度を改良するために逆浸透により処理された水（ＲＯ水）を用いて１％のスラリーを作製することにより形成される。典型的なスラリー溶液は、当業者の熟知するところであろうが、乾燥重量基準で、市販のクラフトパルプと６％の叩解パルプ（−２５０ＣＳＦ（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）、米国特許第４，３０５，７８２号明細書に記載のとおり）と６８％の珪藻土とよりなる。代表的な一配合物では、２つのタイプの樹脂（たとえば、米国特許第５，０８５，７８４号明細書に開示されているような代表的な電荷修飾処方の樹脂、米国特許第４，４７３，４７４号明細書にさらに開示されているような化学構造を有する（それぞれの開示は、本開示と矛盾しない範囲内で参照により本明細書に組み入れられるものとするである））が、それぞれ、５．２重量％および１．３重量％の樹脂固形分でスラリー固形分に添加される。当業者の熟知するところであろうが、他の電荷修飾樹脂を用いた他の配合物を使用することも可能である。
【００５４】
得られたスラリーを８０℃に加熱した後、スラリーを製紙機（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ型）に供給した。スラリーの加熱は必須ではないが、より迅速な水の除去を可能にするであろう。その結果、特定のスラリー混合物にもよるが、処理速度を増大できる可能性がある。スラリーを一定の厚さで移動ベルト上に置いた。この処理の典型的なベルト速度は、０．５ｍ／ｍｉｎ〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲内である。ベルトを真空チャンバ内に通してＲＯ水のほとんどをスラリーから除去した。典型的には、適用真空圧は、２５．４〜６８．６センチメートルＨｇ（１０〜２７インチＨｇ）の範囲内であった。次に、乾燥を開始するために、この湿潤状態の媒体を一連の赤外線ヒータ下に供給した。次に、媒体を一連の熱ローラに通して、さらなる処理に供すべく媒体を十分に乾燥させる処理を終了した。次に、得られた深層フィルタ媒体を厚紙コアに巻き取った。処理のこの時点で、得られた深層フィルタろ材（重量基準で５．０％未満の水分含有率を有すると考えられた）は、３０％〜５０％の水分含有率を有する「湿潤状態」の深層フィルタろ材と比較して「乾燥状態」にあるとみなされる。実際上、重量基準で２８％未満の水分含有率を有する得られた深層フィルタろ材はいずれも、「乾燥状態」の深層フィルタろ材であるとみなしうる。
【００５５】
深層フィルタろ材をプリーツ加工してフィルタエレメントを形成するために、図７に示されるように、複数の深層フィルタろ材ロール５２を上流側および下流側のサポート材料のそれぞれのロール５４、５６と一緒に巻出しステーション５０に機能的に配置した。
【００５６】
すべての層が互いに積重なって積層整合されるように、巻き出された深層フィルタろ材層およびサポート材料層を１対のローラ（図示せず）間に供給した。異なるプリーツ高さの送給が可能なプリータ、たとえば、Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｒ１７８ＰＣまたはＲａｂｏｆｓｋｙ Ｅ２０００を用いて、深層フィルタろ材およびサポート材料の多層を一緒にプリーツ加工した。プリーツ加工速度は、１０プリーツ／分〜３５プリーツ／分の範囲内であった。
【００５７】
プリーツ付きろ材層およびサポート材料層を軟化させてプリーツの固化を支援するために、通常、加熱プレートがプリータ内に設置される。ヒータ下から送出されて冷却されることによりプリーツの固化が起こるまで、加熱と併用して、プリーツ加工されたばかりの媒体を加圧下で拘束する。この圧力は、通常、加圧下でプリーツの上端を押圧するクリートを用いることによりプリーツの上端に加えられる。この圧力はまた、取扱い時、ろ材層およびサポート材料層の跳動を防止する。本明細書に記載の実施形態では、フィルタエレメントをヒートセットするために、プリータ中のヒータの上端プレートを１１０℃に設定し、底端プレートを１１５℃に設定した。２０．６Ｋｐａの背圧を加えた。
【００５８】
ハサミを用いて３６プリーツごとにプリーツ付き複合深層フィルタろ材を横方向に切断した。しかしながら、その代わりに鋭利なブレードやウォータジェットのようなより好適な切断システムを使用しうると予想される。次に、帯鋸を用いて１０インチの幅になるように複合媒体の両側をトリミングした。この場合も、その代わりに回転ブレードやウォータジェットのようなより好適な切断システムを使用して、端部キャッピングのためのフラットかつ均一な外面を提供しうると予想される。
【００５９】
次に、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成するために、従来のホットメルトグルー（３Ｍ Ｊｅｔ Ｍｅｌｔ ３７９２−ＬＭ）を用いて２つの自由プリーツ縁を継合した。射出オーバモールド成形、超音波溶接、またはポリプロピレン溶融などのようなより好適な継合システムが予想される。コアを縁封止プリーツ付きフィルタエレメントの中央領域に挿入した。
【００６０】
端部キャッピングの前に、最初に、厚いポリプロピレンシートから作製された２つの端部キャップを機械加工して、ホットメルトを保持することが可能でありかつコアおよびプリーツ付きフィルタエレメントを受容することが可能である端部キャップキャビティを形成した。次に、押出機を用いて、ホットメルトを第１の端部キャップのキャビティ中に分配し、プリーツ付きフィルタエレメントをコアと共にこのキャビティに圧入し、そしてホットメルトを冷却させた。この処理を反復して第２の端部キャップをフィルタエレメントの他端に取り付けた。他の選択肢の端部キャッピング手順では、いくつかのエポキシ樹脂シリンジキットから分配されたエポキシ樹脂（ＬＯＣＴＩＴＥ ＱＵＩＣＫＳＥＴ）を用いて、端部キャップをフィルタエレメントおよびコアに取り付けた。
【００６１】
さらなる他の選択肢の端部キャッピング手順では、フィルタエレメントおよびコアを溶融外面に圧入するときにフィルタエレメントの端部を十分に封入封止すべく、ＩＲヒータを用いて端部キャップ自体を加熱して好適な深さまで端部キャップキャビティの外面を溶融しうると予想される。端部キャッピングが終了した後、フィルタモジュールは、必要になることもある端部アダプター（もしあれば）に連結できる状態にある。得られたフィルタカートリッジは、種々の濾過構成体の形態に集成できる状態にある。
【００６２】
理論的検討：
本開示に係るいくつかの実施形態に関連する特性パラメータを決定するために、理論的検討を行った。理論的検討で使用したいくつかの因子を以下に定義する：
フィルタモジュールの排除体積： フィルタモジュールに占有される体積。
【００６３】
媒体充填密度（ＭＰＤ）： 深層フィルタろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値。
【００６４】
媒体利用指数（ＭＵＩ）： 深層フィルタろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算してフィルタモジュールの有効面積を掛け算した値。
【００６５】
Ｇk係数（Ｇk）：媒体利用指数（ＭＵＩ）にすべての深層フィルタ層の有効深層フィルタろ材の厚さを掛け算した値。
【００６６】
無次元比較指数（ＤＣＩ）： Ｇk係数を全カートリッジ重量で割り算した値であり、次式：
（深層フィルタろ材の質量）×（モジュールの有効フィルタ面積）×（すべての深層フィルタ層の有効深層フィルタろ材の厚さ）／（フィルタモジュールの排除体積）×（全カートリッジ重量）
で表すことが可能である。
【００６７】
無次元比較指数２（ＤＣＩ２）： 深層フィルタろ材の質量の代わりに微粒子状吸着材の質量を使用する以外はＤＣＩと同じ。
【００６８】
媒体充填密度（ＭＰＤ）は、ろ材の質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値として定義される。この定義との関連では、質量は、有効質量（すなわち、使用時に利用しうる質量）を意味することに留意することが重要である。深層フィルタ、特定的には、微粒子状吸着材を有する深層フィルタは、電荷部位が多いほど、より良好に機能する（すなわち、より良好な保持性を有する）と考えられるので、この用語は重要である。荷電部位は、流れを損なうことなくこれらの微粒子状吸着材をどれくらい多く充填しうるかの関数である。フィルタモジュールの体積は、使用される装置の包絡サイズであり、可能なかぎり小さいサイズを有することが望ましい。なぜなら、そうすれば、使用時、フィルタ装置により占有される設置面積やスペースが小さくなると思われるからである。これらの２つの機能、すなわち、有効質量および排除体積を組み合わせて、ＭＰＤ比較係数を形成し、２つの類似目的製品の属性を特定し比較した。この比較係数ＭＰＤを用いる場合、特定のフィルタ装置での値がより大きいということは、単純に、性能およびサイズの両方に関して、特定のフィルタ装置が、より低いＭＰＤ値を有するフィルタ装置よりも良好な工学的フィルタ装置であることを意味する。
【００６９】
以上で定義した媒体利用指数（ＭＵＩ）は、ＭＰＤにフィルタモジュールの全有効表面積を掛け算した値である。おわかりのとおり、これはＭＰＤの延長である。ＭＰＤを使用することの欠点の１つは、微粒子状吸着材で満たされたバケツの例で明らかである。かなり大きな質量および非常に小さい包絡体積であるが、この装置の表面積は小さい。表面積は、ろ過用途では重要である。なぜなら、それは流束（単位面積あたりの流れ）を決定するからである。流束を小さくすると媒体との接触時間が増加するので、媒体のろ過性能は向上すると考えられる。流束を小さくすると、フィルタ装置内のろ材の所与のセクションを通過する流体の速度は遅くなる。この場合もＭＰＤと同様に、ＭＵＩは、同目的フィルタカートリッジに対する比較指数である。ＭＵＩ値が大きいほど、工学的フィルタ装置は良好であることが示唆される。なぜなら、値が大きいほど、質量、面積が大きく、かつより小さい包絡サイズで性能の向上を達成できるので使用容易性が大きいという事実に基づいて、より良好な性能であることが示唆される。
【００７０】
この場合も、ＭＵＩがＭＰＤの改良であったのと同様に、Ｇk係数もまた、ＭＵＩと比較して２つの同目的フィルタカートリッジを比較する改良された方法である。ＭＰＤにおいて質量がフィルタ性能に関して重要であったのと同様に、ＭＵＩにおいて面積が流束に関して重要であった。結果的に、流束に影響を及ぼした。それにより流体の速度が影響を受け、さらには接触時間が影響を受ける。Ｇk係数は、フィルタ性能に寄与するもう１つの因子である媒体の深さを含む。Ｇk係数は、ＭＵＩにフィルタ装置で使用される媒体の全有効厚さを掛け算した値である。媒体の厚さは、流体が下流側から流出するまで進入点（外面）から媒体を貫通して引いた垂線であると想定される。厚さまたは深さは重要である。なぜなら、それは、電荷部位と混入物との接触時間を増加させるからである。これは、結果的に、ろ液品質を改良する。すなわち、より良好な性能のフィルタをもたらす。ＭＰＤおよびＭＵＩの場合と同様に、Ｇk値が大きいほど、性能およびサイズの両方に関して良好な工学的フィルタ装置が得られる。
【００７１】
Ｇk係数により２つの同目的フィルタ装置間の良好な比較が行われるが、考慮すべきもう１つの因子が存在する。これは、フィルタ装置の全重量である。高いＧk係数を有する装置を備えることは可能であるが、それはまた、ろ材以外の部品に起因してより高重量になる可能性がある。使用容易性を考慮した場合、この重量は、２つの同目的フィルタ装置間の真の比較を歪めるであろう。たとえば、より嵩高い部品を備えたカートリッジは、より軽量の部品を備えたカートリッジよりも高重量になるであろう。この現象に起因してかつ規格化上および実用上の理由で、Ｇk係数を全フィルタモジュール乾燥重量で割り算する。この操作の結果、無次元比較指数ＤＣＩが得られる。ＤＣＩ値は最大で１、最小で０でありうるが、０または１は物理的に不可能である。この場合も、ＤＣＩは、媒体のろ過性、たとえば、その接触時間に関連する深さ、流束に及ぼすその影響に関連する面積、および電荷部位の数が存在する微粒子状吸着材の量に直接関連するので質量を包含する。ＤＣＩはまた、フィルタ装置の物理的属性、たとえば、サイズ（排除体積）および重量を包含する。これらの２つの因子は、製品の使用容易性に寄与する。これらの因子をすべて組み合わせると、フィルタ装置の性能および使用容易性に関する良好な指標が得られる。さらに、ＤＣＩはまた、媒体の質量の代わりに微粒子状吸着材の質量を使用しうると予想される。値はそれらに応じて変化するであろうが、本開示の有用性をさらに強調することが期待される。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には５０％以下の微粒子状吸着材レベルが教示されているのに対して、本開示では７５％まで収容可能であるので、ＤＣＩ２を用いた場合、ワンプリーツ付き構成体間の差は、より明確になるであろう。
【００７２】
先に述べたように、ＭＰＤは、有効ろ材質量をフィルタモジュールの排除体積で割り算した値として定義される。次に、本開示の種々の実施形態に対して理論的に決定されたＭＰＤを、他の公知の先行技術フィルタモジュールに対して計算されたＭＰＤと比較する。その結果、試験した本開示の実施形態に対するＭＰＤは、等しいカートリッジ体積を有する他の公知のセルロース・微粒子状吸着材深層型フィルタカートリッジシステムのときよりも１２％大きい値（最小値として）から１６６％程度大きい値までの範囲内であることが示される。本開示を用いて、フィルタモジュールが他の公知のフィルタモジュールデザインよりも小さい体積を有するようにデザインしたとき、より高い媒体充填密度が達成されることもまた示された。
【００７３】
本開示の種々の実施形態を他の公知のデザインと比較する実施例および計算を以下に提示する。特定的には、計算は、改変Ｗプリーツ構成に従ってプリーツ加工されたフィルタエレメントに基づく。参考のために、以下の式を用いて本開示に係るフィルタモジュールについてモジュール有効表面積、有効媒体質量、および媒体充填密度のようなパラメータを計算した。
【００７４】
記号の定義：
Ａd＝フィルタディスクの有効面積 ｆｔ2
Ａr＝プリーツリング番号ｒから得られる有効表面積 ｆｔ2
Ａs＝モジュールの有効表面積 ｆｔ2
Ｃ＝セルの番号
Ｄ＝ディスクの番号
Ｈp＝一次プリーツの高さ ｉｎ
Ｈr＝リングｒのプリーツの高さ ｉｎ
Ｈs＝特定の二次プリーツの高さ ｉｎ
（先進的プリーツデザインでは、それぞれの二次プリーツの高さは、他の二次プリーツの高さと異なりうることに留意されたい。）
ＩＤ＝コアの内径 ｉｎ
ＩＤp＝プリーツの内径＝コアの外径 ｉｎ
ＩＤr＝リングｒのプリーツの内径 ｉｎ
ＩＤs＝内側シールの外径 ｉｎ
Ｌ＝媒体の長さ ｉｎ
Ｌp＝一次プリーツの長さ ｉｎ
Ｌr＝プリーツリングｒのプリーツの長さ ｉｎ
Ｌs＝二次プリーツの長さ ｉｎ
Ｍ＝媒体およびハードウェアを含む全カートリッジの質量 ｌｂｓ
Ｍa＝有効媒体の質量 ｌｂｓ
Ｎ＝ろ材層の数
ＯＤ＝モジュールの外径 ｉｎ
ＯＤp＝プリーツの外径 ｉｎ
ＯＤr＝プリーツリングｒのプリーツの外径 ｉｎ
ＯＤs＝外縁シールの内径 ｉｎ
Ｐ＝一次プリーツの数
Ｐr＝プリーツリングｒの半径方向プリーツの数
Ｒ＝プリーツリングの全数
Ｓ＝二次プリーツの数
Ｔ＝プリーツの厚さ ｉｎ
Ｖ＝モジュールの体積 ｆｔ3
Ｖa＝有効媒体の体積 ｉｎ3
Δｄ＝１プリーツの厚さによる円周増加に必要とされる直径変化 ｉｎ
ｈ＝モジュールの高さ ｉｎ
ｈa＝モジュールの有効高さ ｉｎ
ｔ＝ろ材の厚さ ｉｎ
ｔd＝下流側サポート層の厚さ ｉｎ
ｔu＝上流側サポート層の厚さ ｉｎ
ＭＰＤ＝媒体充填密度 ｌｂｓ／ｆｔ3
Ｇk＝Ｇk係数 ｌｂｓ
ＤＣＩ＝無次元比較添字
ＭＵＩ＝媒体利用指数 ｌｂｓ／ｆｔ
ρ＝ろ材の密度 ｌｂｓ／ｉｎ3
仮定：
ｏ プリーツ付きフィルタエレメント上への端部キャップの注型封入により、両端で１．２７ｃｍ（１／２ｉｎ）の損失を生じる。
【００７５】
ｏ コアは、０．３２ｃｍ（１／８ｉｎ）の壁厚を有する。
【００７６】
ｏ 端部キャップは、直径がプリーツ外径よりも０．６４ｃｍ（１／４ｉｎ）大きい。
【００７７】
ｏ Ｌｓの計算に制約を与える製造上の要件から、二次プリーツ高さＨ7以上を使用した。
【００７８】
Ｈ7は、Ｌｓに対する式中でＨ1の代わりに代入される。
【００７９】
ｏ 深層フィルタろ材の各層は、０．０８９センチメートル（０．０３５インチ）の厚さである。
【００８０】
ｏ 合計５層の深層フィルタろ材層を使用する。
【００８１】
ｏ 上流側サポート材料は、０．０６１センチメートル（０．０２４インチ）の厚さを有する。
【００８２】
ｏ 下流側サポート材料は、０．０２５センチメートル（０．０１０インチ）の厚さを有する。
【００８３】
ｏ 多くの異なるプリーツ高さを使用する。最も短いプリーツの高さは、２．５４センチメートル（１インチ）である。
【００８４】
式：
ｈa＝ｈ−１（２つの端部キャップ） ｉｎ
ＩＤp＝ＩＤ＋．２５ ｉｎ
ＯＤp＝ＯＤ−０．２５ ｉｎ
Ｈp＝（ＯＤp−ＩＤp）／２ ｉｎ
Ｔ＝２×（Ｎ×ｔ＋ｔd＋ｔu） ｉｎ
Ｐ＝ＩＤp×π／Ｔ
Ｌp＝２×Ｐ×Ｈp ｉｎ
Ｓ＝（ＯＤp−ＩＤp）×π／Ｔ
Ｈs＝［ＯＤp−（ＩＤp＋Ｓ×Ｔ／π）］／２
Δｄ＝Ｔ／π ｉｎ
Ｌs＝２×Ｓ×［Ｈ1−（Ｓ−１）×Δｄ／４］ ｉｎ
Ｌ＝ＬP＋Ｌs ｉｎ
Ａs＝ｈa×Ｌ／１４４ ｆｔ2
Ｖa＝Ｌ×ｈa×ｔ×Ｎ ｉｎ3
Ｍa＝Ｖa×ρ ｌｂｓ
Ｖ＝ＯＤ2×π×ｈ／（４×１７２８） ｆｔ3
ＭＰＤ＝Ｍa／Ｖ ｌｂｓ／ｆｔ3
ＭＵＩ＝ＭＰＤ×Ａs ｌｂｓ／ｆｔ
Ｇk＝ＭＵＩ×（ｔ×Ｎ／１２） ｌｂｓ
ＤＣＩ＝Ｇk／Ｍ
式中、 ρ＝０．０１２５ ｌｂｓ／ｉｎ2
第１の比較：
この第１の比較では、本開示の第１の実施形態をＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣと称される両面凸状カートリッジデザインと比較する（図８参照）。この特定の両面凸状カートリッジデザインを比較のために選択した理由は、それが公知の先行技術製品の中で最も高い媒体充填密度を有すると考えられることにある。
【００８５】
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣを記述した文献から次のデータを誘導した：
ｏ カートリッジのＯＤ＝４１ｃｍ（１６ｉｎ）
ｏ カートリッジの高さ＝１８ｃｍ（７ｉｎ）
ｏ 有効表面積＝１７８００ｓｑ ｃｍ（１９．３７ｓｑ ｆｔ）
ｏ ８セル構成
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣの実際の製品から次のデータを測定観測した：
ｏ カートリッジセルのＯＤ＝４１ｃｍ（１６ｉｎ）
ｏ 外縁シールの内径＝３８．７４ｃｍ（１５．２５ｉｎ）
ｏ コアの直径＝５．０８ｃｍ（２ｉｎ）
ｏ 内側シールの外径＝６．９９ｃｍ（２．７５ｉｎ）
ｏ ２層デザイン、上流側層＝０．３３０ｃｍ（０．１３０ｉｎ）および第２の層＝０．３４３ｃｍ（０．１３５ｉｎ）
ｏ 組合せろ材の密度＝０．３４３ｇ／ｃｍ3（０．０１２４ｌｂｓ／ｉｎ3）
（５個の４７ｍｍディスクを切り出してサンプルを秤量することにより、この密度を計算した。平均で、二層組合せ層は、４７ｍｍディスク１個あたり４．０ｇの重量を有することがわかった。これは、０．３４３ｇ／ｃｍ3（０．０１２４ｌｂｓ／ｉｎ3）に相当する。）
ｏ 1個のセルの２面＝合計１６個の二層フィルタディスク
ｏ アセンブリの非ろ材要素の質量＝２．１５ｋｇ（４．７５ｌｂｓ）
Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣの計算結果：
Ｃ＝８
Ｄ＝２×Ｃ＝１６
Ａd＝（ＯＤS2−ＩＤS2）×π／（４×１４４） ｆｔ2
Ａs＝Ａd×Ｄ＝１９．６３ ｆｔ2
Ａｓの計算値（１．８２ｍ2（１９．６３ｆｔ2））は、測定された特性に基づいており、計算値がより大きいので、文献値の代わりに使用される。
【００８６】
表Ｉは、この第１の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、本開示の第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも１４％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも９３％大きい質量利用指数、３１％大きいＧk係数、および５９％大きいＤＣＩを有することもわかる。さらに、本開示のこの第１の実施形態は、Ｍｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｍｉｌｌｉｓｔａｃｋ ＨＣよりも１４％大きい質量および６９％大きい表面積を有することもわかる。質量が大きいほど、保持性が改良され；表面積が大きいほど、流束が減少することにより処理量が改良されるか、または処理速度が速くなる。
【００８７】
第２の比較：
この第２の比較では、本開示の第２の実施形態をＰａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋと称される両面凸状カートリッジと比較する（図９参照）。
【００８８】
Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋを記述した文献から次のデータを誘導した：
ｏ カートリッジのＯＤ＝２８．４ｃｍ（１１．２ｉｎ）
ｏ カートリッジの高さ＝２８〜３３ｃｍ（１１〜１３ｉｎ）（より小さいカートリッジ体積を生じることから２８ｃｍ（１１ｉｎ）を計算に使用した。）
ｏ 有効表面積＝１８０００ｓｑ ｃｍ（１９．４ｓｑ ｆｔ）
ｏ １６セル構成
Ｐａｕｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋの実際の製品から次のデータを測定観測した：
ｏ カートリッジセルのＯＤ＝２８．４ｃｍ（１１．２ｉｎ）
ｏ 外縁シールの内径＝２６．９９ｃｍ（１０．６２５ｉｎ）
ｏ コアのＩＤ＝６．３５ｃｍ（２．５ｉｎ）
ｏ 内側シールの外径＝６．９９ｃｍ（２．７５ｉｎ）
ｏ 一層デザイン、上流側層＝０．３５６ｃｍ（０．１４０ｉｎ）
ｏ 密度は０．３７６ｇ／ｃｍ3（０．０１３６ｌｂｓ／ｉｎ3）と計算された
ｏ セル１個あたり２個のフィルタディスク
ｏ アセンブリの非媒体要素の質量＝７．０７
Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋの計算結果
Ｃ＝８
Ｄ＝２×Ｃ＝１６
Ａd＝（ＯＤS2−ＩＤS2）×π／（４×１４４） ｆｔ2
Ａs＝Ａd×Ｄ＝１９．４ ｆｔ2
Ａsの計算値（１．６９４ｃｍ2（１８．２４ｆｔ2））は、１．８０ｃｍ2（１９．４ｆｔ2）の文献値よりも小さいことに留意されたい。したがって、Ａsを必要とする計算では、より大きい値であることから文献値を使用した。
【００８９】
表ＩＩは、この第２の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、本開示の第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも４２％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも７５％大きい質量利用指数、１１１％大きいＧk係数、および２０６％大きいＤＣＩを有することもわかる。さらに、第２の実施形態は、Ｐａｌｌ−Ｓｅｉｔｚ ＳＵＰＲＡｄｉｓｋよりも４２％大きい質量および２３％大きい表面積を有することもわかる。
【００９０】
第３の比較：
この第３の比較では、本開示の第３の実施形態をＭｅｙｅｒの米国特許第５，２３２，５９５号明細書により教示されるさまざまなデザインと比較する。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、半径方向プリーツ付きデザインの使用が教示されている。この場合、カートリッジは、単に１つの大きいリングを有するのではなく一連のより短いプリーツを生じる複数のサブリングを有していてもよいし有していなくてもよい。
【００９１】
指標として上記の記号を使用し、次式を用いて米国特許第５，２３２，５９５号明細書の種々のパラメータを計算することが可能である：
ＩＤ1＝ＩＤ＋．２５ （ＩＤr ここで、ｒ＝１） ｉｎ
ＯＤr＝ＩＤr＋１／Ｒ× （ＯＤ−ＩＤ1−Ｒ×．２５） ｉｎ
ＩＤr＝ＯＤ(r-1)＋．２５ （ここで、ｒ＞１） ｉｎ
Ｌr＝２×Ｈr×Ｐr ｉｎ
Ｌ＝ΣＬr ｉｎ
Ｖa＝Ｌ×ｈa×ｔ×Ｎ ｉｎ3
Ｍa＝Ｖa×ρ （ここで、ρ＝０．０１２５ｌｂｓ／ｉｎ3） ｌｂｓ
米国特許第５，２３２，５９５号明細書に記載の技術での有効表面積Ａsは、流入流に最も近いプリーツのリング（上流側リング）の有効面積として定義されることに留意されたい。計算目的で、流れは、カートリッジの外部から流入し、フィルタ中を貫流し、そしてコアから流出すると仮定する。したがって、マルチリングデザインで可能な最大表面積が得られる。
【００９２】
米国特許第５，２３２，５９５号明細書に関係する仮定：
ｏ それぞれのリングは、コアおよび外側リングよりなる。最内側セクションの外側リングは、次のセクションのコアである。
【００９３】
ｏ 媒体厚さ＝０．１０２ｃｍ（０．０４０ｉｎ）と仮定する。カートリッジは、リング１つあたり３層の０．１０２ｃｍ（０．０４０ｉｎ）の厚さの媒体層を有する。これにより質量充填密度が最適化されるであろう。
【００９４】
ｏ それぞれのリングは、上流側サポートおよび下流側サポートの両方を有する：
■ 上流側サポート＝０．０６１ｃｍ（０．０２４ｉｎ）の厚さ；かつ
■ 下流側サポート＝０．０２５ｃｍ（０．０１０ｉｎ）の厚さ。
【００９５】
ｏ それぞれのリングサポートは、厚さ＝０．３１８ｃｍ（０．１２５ｉｎ）を有する。
【００９６】
ｏ リングにより形成されるそれぞれのセクションは、同一のプリーツ高さを有する。
【００９７】
ｏ 媒体密度＝０．３４６ｇ／ｃｍ3（０．０１２５ｌｂｓ／ｉｎ3）。
【００９８】
表ＩＩＩは、この第３の比較の計算結果を示している。同一のカートリッジ寸法で、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書で教示された技術よりも少なくとも６％大きい質量充填密度を有することがわかる。また、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書で教示された技術よりも少なくとも３８％大きい質量利用指数、少なくとも１００％大きいＧk係数、および少なくとも１０４％大きいＤＣＩを有することがわかる。他の観測結果として、この第３の実施形態は、米国特許第５，２３２，５９５号明細書により教示されたものよりも少なくとも６％大きい質量および少なくとも１４％大きい表面積を有する。
【００９９】
先進的プリーツ技術を有する本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントが２種の両面凸型カートリッジと比較されている表ＩおよびＩＩのレビューから明らかなように、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの利点は、さらに自明なものになる。表Ｉでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、現在入手可能と考えられる最もよく知られている両面凸状カートリッジデザインと比較される。明らかなように、同一の物理的寸法で構築した場合、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを表す第１の実施形態は、両面凸状カートリッジのＤＣＩが０．３４であるのに対してＤＣＩが０．５４であるので、先行技術の両面凸状カートリッジよりも明らかに良好な工学的装置である。したがって、０．３４のＤＣＩは、これまで達成可能であると考えられる両面凸状カートリッジで最も高い公知のＤＣＩである。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、０．６４までのＤＣＩ値を達成することが可能であると考えられる。さらに、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、そのＤＣＩが０．３５〜０．６４である場合、最も良好に利用されると考えられる。ＤＣＩは、それらの全カートリッジ乾燥重量およびそれぞれのカートリッジが空間内で占有する物理的体積に基づいて比較されるカートリッジを規格化する比較指標である。より大きいＤＣＩ値を得るために、より小さい体積およびより軽い構成要素の一方もしくは両方を有する必要があるので、これらの２つの因子は、使用容易性およびスペースの削減の要件に寄与する。ＤＣＩに含まれる他の因子は、全有効媒体質量、全有効表面積、および媒体の全有効厚さである。この場合も、より高いＤＣＩ値を達成するために、カートリッジは、多くの媒体、表面積、および全深さを有するものでなければならない。媒体質量は、カートリッジが考えられる任意の他の選択肢よりも良好に機能することを示す１つの指標である。なぜなら、より大きい質量では、より高濃度の吸着微粒子が存在すると考えられるからである。これらの吸着微粒子は、より多くの電荷部位を提供することにより深層媒体の吸着機能に寄与する。媒体質量に加えて、ＤＣＩはまた、面積をも考慮に入れる。フィルタの有する表面積が大きいほど、期待しうるフィルタ性能は良好である。より大きい表面積では、処理流量が一定に保持されると仮定すると、流束は低減される。単位面積あたりの流量として表される流束は、流体と電荷部位との接触時間を決定するうえで影響力が大きい。明らかに、流束が小さいほど接触時間が長いことを意味するので、深層媒体は、より効率的なものになる。接触時間に関係する他の影響力の大きい因子は、媒体の深さすなわち厚さである。ＤＣＩはまた、厚さをも考慮に入れる。深層媒体が厚いほど、ろ過される流体と媒体中の荷電部位との接触時間が長くなる。接触時間がこうして長くなると、より効率的なろ過が可能になるであろう。表Ｉでも同様に、評価された特定の両面凸状デザインと比較して、他の比較指標もまた、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの場合のほうが高いことは明らかである。おわかりのとおり、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの記載の代表的な実施形態では、Ｇk係数は６．２８であり、ＭＵＩは４２７であり、ＭＰＤは１２．８７であり、一方、両面凸状カートリッジでは、４．７８のＧk係数、２２０のＭＵＩ、１１．２５のＭＰＤ、および１１．２５のＭＰＤが得られる。これらの比較因子および指標はすべて、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントが表Ｉの両面凸状カートリッジと比較してすべてにわたり良好なデザインであることを示唆する。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントに対してより大きい指標値が記録されたことから、より大きい表面積およびより大きい有効媒体質量を有するので、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントがより効率的であることが示唆される。この比較目的では、カートリッジの体積を同一に保持したが、デザインを単純にするために（部品を少なくするために）、カートリッジの全乾燥重量を低減させることにより、より高いＤＣＩ値を与えうることに留意することが重要である。繰り返しになるが、ＤＣＩは、媒体の有効質量が微粒子状吸着材の全質量と置き換えられたＤＣＩ２により表すことも可能である。この変更を加えると、この比較に対して同一の条件にはならないであろう。なぜなら、両カートリッジは、同一パーセントの微粒子状吸着材質量を有していないであろうと考えられるからである。ＤＣＩ２は、とくに表ＩＩＩの他のデザイン比較において、より顕著なものとなろう。
【０１００】
表Ｉの場合と同様に、表ＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態を他の両面凸型カートリッジと比較する。表ＩＩでは、両面凸状カートリッジとほぼ同一の全体積を有する本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態が比較されており、上述の両面凸状カートリッジよりも明らかに優れている。表ＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第２の実施形態が、０．４９のＤＣＩ、４．１９のＧk値、２８７．５のＭＵＩ、および１２のＭＰＤを有し、ＤＣＩが０．１６、Ｇk係数が１．９８、ＭＵＩが１６４．２、ＭＰＤが８．４７である表ＩＩの両面凸型カートリッジよりも著しく大きいことがわかる。
【０１０１】
表ＩＩＩでは、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の変形形態と比較する。米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、半径方向プリーツ付き装置が開示されている。この場合、サブリングが存在してもしなくてもよく、プリーツ付きエレメントは、乾燥重量基準で多くとも５０％の微粒子状吸着材を含有する。表ＩＩＩには、米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の５サブリングまでの変形形態が示されている。これらの５つの変形形態を本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の代表的な実施形態と比較する。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の実施形態は、０．４９のＤＣＩ値、３．５１のＧk値、２４０．４５のＭＵＩ、および１１．７２のＭＰＤを有し、一方、偶然２つのサブリングを有する米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の最良のケースは、０．２４のＤＣＩ値、１．７４のＧk値、１７４．２４のＭＵＩ、および１１．０９のＭＰＤ値を有する。この場合および米国特許第５，２３２，５９５号明細書の実施形態の他の変形形態では、同一の寸法になるように構築された本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの第３の代表的な実施形態は、より高い比較値を有し、性能および使用容易性の両特性の高い本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを与えると考えられる。先に述べたように、ろ材の質量がろ材中の微粒子状吸着材の全質量と置き換えられたＤＣＩ２値も使用可能であると考えられる。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを用いれば、７５％までの微粒子状吸着材を含有するろ材を作製することが可能である。しかしながら、米国特許第５，２３２，５９５号明細書には、それらの深層フィルタろ材中の５０％までの微粒子状吸着材が教示されているにすぎない。このことに留意して、それに応じて構築された実施形態は、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントと米国特許第５，２３２，５９５号に従って作製された実施形態との間でＤＣＩ２値のさらに大きい差異を生じるであろう。
【０１０２】
繰り返しになるが、同一のサイズ、空間体積のフィルタ装置またはカートリッジにおいて、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、両面凸型深層フィルタカートリッジよりも、大きい媒体質量、より多くの微粒子状吸着材、より大きい面積を充填することが可能であり、かつ他のプリーツ付き深層フィルタろ材装置よりも、大きい質量、多くの微粒子状吸着材、および大きい面積を充填することが可能である。用途にもよるが、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、層の数を増大させることによりその全媒体厚さを増大させる能力を有することにも注目すべきである。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントの有するこれらの特性のおかげで、現在知られている他の技術と比較して所与のサイズでロバストかつより効率的な深層ろ過装置が提供される。さらに、対応する両面凸状深層フィルタカートリッジおよび他の深層フィルタカートリッジと比較した場合、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、先進的プリーツ技術の高充填性を利用していので、本開示に係る比較的小さいサイズのプリーツ付きフィルタエレメントで、同一の効率および性能を達成することが可能である。したがって、作業者が取り扱う重量、握り易いサイズのいずれに関しても、さらには対応する両面凸状深層フィルタカートリッジよりも少ない非ろ材構成要素が存在することからサイズおよび重量が小さくなることに起因して、少なくとも、輸送費の減少がもたらされるのでコストに関しても、より使いやすい深層フィルタカートリッジが提供される。このほかに、両面凸状カートリッジは、より大きい湿潤重量の原因となる湿分および流体をトラップする。このことによっても、両面凸状カートリッジは、使用後の取扱いが困難なものとなる。本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントを用いれば、ボイド体積のほとんどを排除することにより、以上のほとんどが回避されると考えられる。全体として、本開示に係るプリーツ付きフィルタエレメントは、表の装置と比較した場合、取扱いがより容易であるフィルタ装置に組み込まれる潜在的により高い性能を有する深層フィルタの革新的な作製方法を提供すると考えられる。
【実施例】
【０１０３】
実施例１：
媒体形成に特定の実施例で、純度を改良するために逆浸透により処理された水（ＲＯ水）を用いて１％のスラリーを作製することにより、それぞれの深層フィルタろ材層を形成した。スラリー溶液は、当業者が熟知するように、乾燥重量基準で、２６．８％の市販のクラフトパルプと７．３％の叩解パルプ（−２５０ＣＳＦ（Ｃａｎａｄｉａｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｆｒｅｅｎｅｓｓ）、米国特許第４，３０５，７８２号明細書に記載のとおり）と６５．９％の０．０２Ｄ’Ａｒｃｙ珪藻土（Ｗｏｒｌｄ Ｍｉｎｅｒａｌｓ Ｃｅｌｉｔｅ ５０７）とよりなるものであった。ポリアミン−エピクロロヒドリン樹脂（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ Ｐｏｌｙｃａｐ １８８４）を樹脂固形分重量基準で１．５％でスラリー固体に添加された。
【０１０４】
得られたスラリーを製紙機（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ型）に供給した。スラリーを一定の厚さで移動スクリーン上に置いた。この処理のスクリーン速度は、９１．４４ｃｍ／ｍｉｎ（３ｆｔ／ｍｉｎ）であった。ＲＯ水のほとんどをスラリーから除去するために、スクリーンを真空スロット上に置いた。適用真空圧は、４６〜５１センチメートルＨｇ（１８〜２０インチＨｇ）の範囲内であった。次に、乾燥を開始するために、この湿潤状態の媒体を一連の赤外線ヒータ下に供給した。次に、媒体を一連の熱ローラに通して、さらなる処理に供すべく媒体を十分に乾燥させる処理を達成した。次に、得られた深層フィルタ媒体を厚紙コアに巻き取った。この時点で、媒体厚さを測定したところ、．０４８〜．０５３センチメートル（．０１９〜．０２１インチ）であった。
【０１０５】
深層フィルタろ材をプリーツ加工してフィルタエレメントを形成するために、上流側および下流側のサポート材料のロールと共に深層フィルタろ材ロールを巻出しステーションに機能的に配置した、上流側サポート層がＢＢＡ Ｆｉｂｅｒｎｅｔ Ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ ＴＹＰＡＲ ３０９１Ｌであり、上流側媒体層、次の媒体層、および下流側媒体層が、特定例の媒体であり、そして最後に下流側サポート材料がＤｅｌｓｔａｒ ５ ｍｉｌ Ｄｅｌｎｅｔ ＲＣ０７０７−２４ＰＰであるように、ロールを配置した。
【０１０６】
すべての層が互いに積重なって積層整合されるように、巻き出された深層フィルタろ材層およびサポート材料層を１対のローラ間に供給した。異なるプリーツ高さの送給が可能なプリータ（Ｒａｂｏｆｓｋｙ Ｒ１７８ＰＣ）を用いて、深層フィルタろ材およびサポート材料の多層を一緒にプリーツ加工した。プリーツ加工速度は、１０プリーツ／分〜３５プリーツ／分の範囲内であった。
【０１０７】
この特定の実施形態では、フィルタエレメントをヒートセットするために、プリータ中のヒータの上端プレートを１００℃に設定し、底端プレートを１００℃に設定した。１．７ｂａｒの背圧を加えた。
【０１０８】
一次および二次のプリーツ高さのあらかじめ決められたセットをプリータの入口に送入し、次の名目上の一次および二次プリーツを作製した：
【０１０９】
【表１】
上記のプログラムを３サイクル反復させた。ハサミを用いて４８〜５０プリーツごとにプリーツ付き複合深層フィルタろ材を横方向に切断した。次に、２つの環状回転ブレードを用いて２３．６センチメートル（９．２９インチ）の幅になるように複合媒体の両側をトリミングした。次に、円筒型プリーツ付きフィルタエレメントを形成するために、従来のホットメルトグルー（３Ｍ Ｊｅｔ Ｍｅｌｔ ３７９２−ＬＭ）を用いて２つの自由プリーツ縁ならびにその間のそれぞれの連続した媒体層およびサポート層を継合した。
コアを縁封止プリーツ付きフィルタエレメントの中央領域に挿入した。
【０１１０】
フィルタエレメントおよびコアを溶融外面に圧入するときにフィルタエレメントの端部を十分に封入封止すべく、ＩＲヒータを用いて端部キャップ自体を加熱して０．１２７センチメートル（０．０５０インチ）の好適な深さまで端部キャップキャビティの外面を溶融した。端部キャッピングが終了した後、フィルタモジュールは、端部アダプタに接合できる状態にある。ここで、２２６オーリングを用いて、ダブルオーリングピストン型アダプタの一方の面を端部キャップに、他方の面を盲キャップに接合した。これらのカートリッジのうちの２つを、それぞれ３０１９ｓｑｃｍ（３．２５ｓｑｆｔ）の利用可能表面積を有するように作製した。
【０１１１】
次に、得られたフィルタカートリッジをステンレス鋼ＣＵＮＯフィルタハウジング型番１ＺＭＳ１中に配置して封止した。カートリッジにモラセス溶液を投入した。Ｇｒａｎｄｍａ’ｓ Ｍｏｌａｓｓｅｓ−”Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｌａｖｏｒ”（Ｇｒｅｅｎ Ｌａｂｅｌ）を１リットルあたり０．１６グラムの濃度で水中に分散させた。選択された流量は、カートリッジエレメント1個あたり毎分３ガロンであった。これは、１平方メートルあたり毎分３７．５リットルの流束を生じる。フィルタを横切る圧力低下を監視し、圧力低下が２５ｐｓｉｄに達されたときに試験を中止した。この第１のカートリッジは、９１５リットル毎平方で処理した後、この圧力低下に達した。第１のカートリッジと同一の方法で投入された第２のカートリッジは、９７２リットル毎平方で処理した後、この圧力低下に達した。
【０１１２】
実施例２： 特定例（実施例１）の媒体に記載されるプリーツなしフラットストックを、前に使用したロールのそれぞれからダイを用いる４７ｍｍディスクの形態に切断し、フィルタモジュールとプリーツ付きフィルタエレメントとで構成されたフィルタカートリッジを作製した。次に、フィルタディスクをＣｕｎｏ４７ｍｍハウジング部品番号７０２２５−０１中に配置した。この際、先に記載したようにロールを用いてフィルタエレメントを形成したときと同一の順序で媒体を配置し、ハウジングを封止した。もう１つのハウジングで、この処理を反復し、同様に集成された２つのハウジングを得た。１平方メートルあたり毎分３７．５リットルの流束を生じる４５．４ｍｌ／ｍｉｎの流れを用いて、水中に分散された１６ｇ／ＬのＧｒａｎｄｍａ’ｓ Ｍｏｌａｓｓｅｓ−”Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｌａｖｏｒ”（Ｇｒｅｅｎ Ｌａｂｅｌ）をフィルタに投入した。フィルタを横切る圧力低下を監視し、２５ＰＳＩＤの圧力差がフィルタを横切って記録されたときに試験を中止した。２つのハウジングで得られた処理量は、それぞれ、８８８および９２５リットル毎平方メートルであった。
【０１１３】
実施例３： 以上で試験したカートリッジの作製に使用したプリーツ付き媒体を用いて、４７ｍｍディスクをプリーツ付き材料から切り出した。最初に、フラットに置かれるようにプリーツ付き媒体を延伸し、次に、ダイを用いて４７ｍｍディスクの３層すべてを一度に切断し、プリーツパックの構成した。上流側および下流側のサポート材料を除去し、媒体の組合せを先の場合と同じように４７ｍｍハウジング内に配置し、上記の実施例２に記載したフラットストック試験と同様に投入を行った。得られた処理量を測定したところ、１平方メートルあたり毎分９３７リットルであった。
【０１１４】
最後に、以上の３つの実施例で得られた処理量を比較した。この結果、表ＩＶに示されるように、媒体をプリーツ加工してもろ過性能は影響を受けないことがわかる。さらに、このプリーツ付き媒体をカートリッジの形態に構築した場合、プリーツ付き表面領域はすべて、利用可能である。結果から明らかなように、フラットストックろ材をプリーツ付きろ材に変換することにより性能の損失はみられなかった。
【０１１５】
本開示によれば、多量の吸着材微粒子状物質を有する吸着深層媒体は、プリーツ加工前に媒体を湿潤させる必要がなく、乾燥状態のプリーツ加工時、その構造保全性を保持しうる。より薄い深層フィルタろ材の多層を使用するという革新の結果、曲げ中立半径と比較して、各層の曲げ内半径および曲げ外半径における歪みが低減される。微粒子状物質のパーセントが５０％を超えたとしても、このプリーツ加工は、亀裂を生じることなく達成される。したがって、ろ過操作における利用を妨げる構造的損傷を伴うことなく、深層フィルタろ材をプリーツ加工することが可能である。さらに、薄肉深層フィルタろ材の多層を組み合わせることにより、フィルタエレメントは、先行技術のモノリシック層と同一の全厚さを達成する。多層深層フィルタろ材は、プリーツ加工時、亀裂を生じない。なぜなら、個別層が互い自由に摺動するので、亀裂および分離または離層の問題が回避されるからである。この場合、高パーセントの吸着材微粒子状物質および高面積プリーツデザインを有する多重深層フィルタろ材層で形成されたフィルタモジュールを達成することが可能である。このフィルタモジュールは、得られる吸着深層フィルタろ材がこれまで達成可能であったものよりも実質的に大きい媒体充填密度および表面積を有する結果して、所与のカートリッジ体積で、より高い効率およびより良好な流量が得られるので、従来のフィルタモジュールよりも優れていることが確認された。
【０１１６】
実施形態に関連させて本開示の説明および例示を行ってきたが、以下の特許請求の範囲に規定されるようなプリーツ付きフィルタモジュール、プリーツ付き複合深層フィルタろ材、およびそれらに関連する種々の方法（ただし、これらに限定されるものではない）を含めて、このたび開示された実施形態の精神および範囲から逸脱することなく、修正および変更を加えうることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係るフィルタモジュールを含むフィルタカートリッジの部分破断斜視図である。
【図２】図２は、図１に示される実施形態に係るフィルタエレメントの斜視図である。
【図３】図３は、図１に示される実施形態に係るフィルタエレメントの部分斜視図である。
【図４】図４は、図１に示される実施形態に係るフィルタモジュールの部分断面図である。
【図５】図５は、本開示の他の実施形態に係るフィルタモジュールを含むフィルタカートリッジの部分破断斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュールの上面図であり、断面図を示すために部分的に破断されている。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５に示される実施形態に係るフィルタモジュールの詳細断面図である。
【図７】図７は、図１および５の実施形態に従って使用される巻出しステーションの概略図である。
【図８】図８は、先行技術に係る第１の両面凸状フィルタカートリッジの断面上面図である。
【図９】図９は、先行技術に係る第２の両面凸状フィルタカートリッジの断面上面図である。
【図１０】図１０は、先行技術に係るフィルタカートリッジの断面上面図である。
【図１１】表Ｉは、第１の実施形態と図８に示される先行技術との比較である。
【図１２】表ＩＩは、第２の実施形態と図９に示される先行技術との比較である。
【図１３】表ＩＩＩは、第３の実施形態と図１０に示される先行技術との比較である。
【図１４】表ＩＸは、第３の実施形態と図１０に示される先行技術との比較である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材と、ここで、前記複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、前記複合深層フィルタろ材の各層が、１３００μｍ以下の厚さを有し；
前記複合深層フィルタろ材に機能的に結合されて前記複合深層フィルタろ材の端部を封止する端部キャップと；
を含む、プリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項２】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩが、０．４０以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項３】
いかなる吸着材微粒子状物質をも含まない多くとも２層の追加のろ材層、
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項４】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩ２が、０．３０以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項５】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＭＰＤが、１１．５以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項６】
前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、５０重量％以上の吸着材微粒子状物質を含有する、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項７】
前記プリーツ付きフィルタモジュールが、
上流側サポート層と；
前記複合深層フィルタろ材に隣接する下流側サポート層と；
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項８】
前記複数の深層フィルタろ材層が、
少なくとも３から多くとも２０までの層；
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項９】
複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材と、ここで、前記複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ以下の厚さを有し、前記複数のプリーツが、外向き放射状一次プリーツと内向き放射状二次プリーツとを含み、前記二次プリーツが、前記一次プリーツ間に介設され、それぞれの一次プリーツが、半径方向高さを有し、それぞれの二次プリーツが、それぞれの一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有し；
前記複合深層フィルタろ材に機能的に結合されて前記複合深層フィルタろ材の端部を封止する端部キャップと；
を含む、プリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１０】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩが、０．４０以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１１】
いかなる吸着材微粒子状物質をも含まない多くとも２層の追加のろ材層、
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１２】
前記フィルタモジュールのＤＣＩが、０．３０以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１３】
前記モジュールのＭＰＤが、１１．５以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１４】
前記深層フィルタろ材が、５０重量％以上の吸着材微粒子状物質を含有する、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１５】
前記プリーツ付きフィルタモジュールが、
上流側サポート層と；
前記複合深層フィルタろ材に隣接する下流側サポート層と；
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１６】
前記複数の深層フィルタろ材層が、
少なくとも３から多くとも２０までの層、
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１７】
複数のプリーツの構成が、
２つの隣接する一次プリーツ対間に配置された１つの二次プリーツを有する構成、２つの隣接する一次プリーツ対間に配置された２つの二次プリーツを有する構成、および２つの隣接する一次プリーツ間に配置された１つの二次プリーツを有する構成、
を含む群から選択される、請求項に記載のフィルタモジュール。
【請求項１８】
吸着材微粒子状物質を含みかつ１３００μｍ未満の厚さを有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと；
吸着材微粒子状物質を含みかつ１３００μｍ未満の厚さを有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと；
前記第１の深層フィルタろ材層上に前記第２の深層フィルタろ材層を積層することと；
積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと；
を含む、複合深層フィルタろ材を作製する方法。
【請求項１９】
各層が、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備すること、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の深層フィルタろ材層を含み、ここで、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ未満の厚さを有しかつ吸着材微粒子状物質を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層が、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含む、プリーツ付き複合深層フィルタろ材。
【請求項１】
複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材と、ここで、前記複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、前記複合深層フィルタろ材の各層が、１３００μｍ以下の厚さを有し；
前記複合深層フィルタろ材に機能的に結合されて前記複合深層フィルタろ材の端部を封止する端部キャップと；
を含む、プリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項２】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩが、０．４０以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項３】
いかなる吸着材微粒子状物質をも含まない多くとも２層の追加のろ材層、
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項４】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩ２が、０．３０以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項５】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＭＰＤが、１１．５以上である、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項６】
前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、５０重量％以上の吸着材微粒子状物質を含有する、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項７】
前記プリーツ付きフィルタモジュールが、
上流側サポート層と；
前記複合深層フィルタろ材に隣接する下流側サポート層と；
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項８】
前記複数の深層フィルタろ材層が、
少なくとも３から多くとも２０までの層；
を含む、請求項１に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項９】
複数のプリーツに形成された複合深層フィルタろ材と、ここで、前記複合深層フィルタろ材が、複数の深層フィルタろ材層を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、吸着材微粒子状物質を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ以下の厚さを有し、前記複数のプリーツが、外向き放射状一次プリーツと内向き放射状二次プリーツとを含み、前記二次プリーツが、前記一次プリーツ間に介設され、それぞれの一次プリーツが、半径方向高さを有し、それぞれの二次プリーツが、それぞれの一次プリーツの半径方向高さ未満の半径方向高さを有し；
前記複合深層フィルタろ材に機能的に結合されて前記複合深層フィルタろ材の端部を封止する端部キャップと；
を含む、プリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１０】
前記プリーツ付きフィルタモジュールのＤＣＩが、０．４０以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１１】
いかなる吸着材微粒子状物質をも含まない多くとも２層の追加のろ材層、
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１２】
前記フィルタモジュールのＤＣＩが、０．３０以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１３】
前記モジュールのＭＰＤが、１１．５以上である、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１４】
前記深層フィルタろ材が、５０重量％以上の吸着材微粒子状物質を含有する、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１５】
前記プリーツ付きフィルタモジュールが、
上流側サポート層と；
前記複合深層フィルタろ材に隣接する下流側サポート層と；
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１６】
前記複数の深層フィルタろ材層が、
少なくとも３から多くとも２０までの層、
を含む、請求項９に記載のプリーツ付きフィルタモジュール。
【請求項１７】
複数のプリーツの構成が、
２つの隣接する一次プリーツ対間に配置された１つの二次プリーツを有する構成、２つの隣接する一次プリーツ対間に配置された２つの二次プリーツを有する構成、および２つの隣接する一次プリーツ間に配置された１つの二次プリーツを有する構成、
を含む群から選択される、請求項に記載のフィルタモジュール。
【請求項１８】
吸着材微粒子状物質を含みかつ１３００μｍ未満の厚さを有する第１の深層フィルタろ材層を準備することと；
吸着材微粒子状物質を含みかつ１３００μｍ未満の厚さを有する第２の深層フィルタろ材層を準備することと；
前記第１の深層フィルタろ材層上に前記第２の深層フィルタろ材層を積層することと；
積層された第１の深層フィルタろ材層および第２の深層フィルタろ材層をプリーツ加工することと；
を含む、複合深層フィルタろ材を作製する方法。
【請求項１９】
各層が、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を有する第３の深層フィルタろ材層および第４の深層フィルタろ材層を準備すること、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の深層フィルタろ材層を含み、ここで、前記複数の深層フィルタろ材層の各層が、１３００μｍ未満の厚さを有しかつ吸着材微粒子状物質を含み、前記複数の深層フィルタろ材層の少なくとも１層が、少なくとも５０重量％の吸着材微粒子状物質を含む、プリーツ付き複合深層フィルタろ材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００８−５１６７５３（Ｐ２００８−５１６７５３Ａ）
【公表日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３６８８２（Ｐ２００７−５３６８８２）
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３６８１４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４４５３２
【国際公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（５０６０６７９０３）スリーエム イノベーティブ プロパティーズ カンパニー (23)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３６８１４
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０４４５３２
【国際公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【出願人】（５０６０６７９０３）スリーエム イノベーティブ プロパティーズ カンパニー (23)
【Ｆターム（参考）】
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