流体フィルター
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が開示される。更に、内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、これにおいてダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約1.5〜約2.5であり、コアの一端に位置付けられて流体をコア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、コアの他端に位置付けられて流体が出ていくのを防止し、開口端部キャップをフィルターハウジングに位置付けるための構造体を有する閉端部端キャップと、を備えるフィルターカートリッジが開示される。フィルターカートリッジ及びダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ濾材そのものを製造するためのシステム及び方法が更に開示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は高流量カートリッジに関し、より詳細には、ガス又は液体濾過用途の交換可能なフィルターカートリッジに関し、更により詳細には、多くの従来のプリーツ濾材カートリッジフィルターで達成することができるよりも多くの利用可能な単位体積当たりの媒体表面積をパッキングするダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関し、更により詳細には、フィルターカートリッジで使用するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高流量流体濾過システム、及び流量が単一フィルターカートリッジを通して約1893lpm(500gpm)までの比較的高流量のカートリッジフィルターを有するカートリッジフィルターを含む高流量流体濾過システムを製造するためのシステム、並びにこれらに関するシステムを提供する取り組みがなされている。先の取り組みにより(米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号参照)、フィルターカートリッジの寸法を最小としながら有効な濾材領域が比較的増加し、平面の濾材シートをひだ付き構造体へと折り畳んでフィルターカートリッジ内に定置する様々なフィルターカートリッジ構成をもたらした。
【0003】
本開示の主題に対する競合技術の1つは、放射状プリーツ濾材を収容するフィルターカートリッジである。放射状ひだ付けの不利な点の中でも、本開示のフィルターカートリッジによって意図される用途で使用される場合は、単一フィルターカートリッジ内に収容され得る濾材領域の量である。例えば、(3Mカンパニー(3M Company)のCUNOインコーポレーティッド(CUNO Incorporated)から商品名「ベータファインXL(BETAFINE XL)」で入手可能な製品として)現在市販されている1つのフィルターカートリッジは、現在既知である同様の、外径が6cm(2.5インチ)のフィルターカートリッジにパッキングされ得るよりも多くの量の濾材を詰め込むための収容力を有しているが、濾材のパッキング量が増加してもなお、本開示の特定の実施形態が必要とするよりも多くの数のフィルターカートリッジが必要である。
【0004】
米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号に記載されているフィルターカートリッジは、カートリッジの単位体積当たりの濾材の比較的大きな表面積を含むが、これらのフィルターカートリッジの内部コアの直径は、約4cm(1.5インチ)である。一般に3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジ製品として知られている、この特定のフィルターカートリッジに付随する制限の1つは、この特定のフィルターカートリッジの内部コアの直径が約4cm(1.5インチ)であるために、フィルターカートリッジ当たりの流量が、最大約303lpm(80gpm)に制限されていることである。このように、この特定の先行技術のフィルターカートリッジは、高流量濾過用途の市場へのその潜在的市場浸透にもたらす(effecting)性能限界を示す。
【0005】
米国特許第2,683,537号,同第2,897,971号,同第3,087,623号,同第2,732,951号,同第2,556,521号,同第2,186,440号,同第1,928,049号,同第5,336,405号,同第5,702,603号,同第2,683,537号、同第3,867,294号及び同第2,186,440号を含む多くの先行技術の特許は、エンジンオイルを濾過するのに使用される紙濾材及び/又はカートリッジを利用する一方で、本開示のフィルターカートリッジに使用される濾材は、特定の実施形態において、例えば、ポリプロピレン又は等価材料のようなポリオレフィン材料から製造されるメルトブローン媒体を利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、少なくとも1個のフィルターカートリッジを入れるためのフィルターハウジングと、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような同様の既知先行技術のフィルターカートリッジよりも、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量、例えば、約189lpm(50gpm)以上、を処理する能力を有するプリーツ濾材要素パックを有するフィルターカートリッジとを備えるが、これらに限定されない、例示の高流量流体濾過システム並びに高流量流体濾過システムを製造する方法及びシステムを提供することが望ましく、これらは、一実施形態において、100cm(40インチ)長に対して約21745cm3(1327立方インチ)のカートリッジ及び150cm(60インチ)長に対して約32626cm3(1991立方インチ)カートリッジの所与の内部容積に対して約13m2(145平方フィート)の濾材領域を提供し;一実施形態において、ニューヨーク州イーストヒル(East Hills, New York)のポール・コーポレーション(Pall Corporation)から商品名「ウルチプリーツ(ULTIPLEAT)」で入手可能な製品のような匹敵する従来の既知の高流量流体濾過システム、又はその他の従来の直径6cm(2.5インチ)のフィルターカートリッジよりも設置面積が比較的小さいが、フィルターハウジングを通してほぼ同じ流体流量を達成し;一実施形態において、現在市場で入手可能な同様の濾過システムと比較して濾過が比較的低コストである高流量濾過システムをユーザーに提供し;一実施形態において、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジ又はポールウルチプリーツ(PALL ULTIPLEAT)フィルターカートリッジのような競合濾過システム製品と比較して、比較的高い媒体充填密度(カートリッジの単位体積当たりの表面積が約5.7〜約7.9平方センチメートル/立方センチメートル(約0.10〜約0.14平方フィート/立方インチ))を有する高流量濾過システムを提供し;3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような他の既知の高流量濾過システムと比較して、実質的に均一な濾材のプリーツ構造を有する高流量濾過システムを提供し;一実施形態において、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような同様の競合濾過システムと比較して、比較的大きなコア内径(約8cm(3インチ)が挙げられるがこれに限定されない)を有する高流量濾過システムを提供し;一実施形態において、フィルターカートリッジ長に応じて約1325lpm(350gpm)〜約1893lpm(500gpm)までの流量を有する濾過を処理することが可能な単一フィルターカートリッジを提供し、プリーツ濾材パック要素を有する濾過システムであって、濾材は前記にて定義されたように均一にひだ付けされており、円筒形状であり、少なくとも一実施形態において、濾材はその周囲に形を成す8個のフラップを有し、フィルターカートリッジの上面から見ると八角形である濾過システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様において、本開示は、内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、これにおいて一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約1.5〜2.5(いくつかの実施形態では、1.8〜2.4、又は2.0〜2.3)であり、コアの一端に位置付けられて、流体をコア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、コアの他端部に位置付けられて流体が出ていくのを防止し、開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるための構造体を有する閉端部キャップと、を備える高流量フィルターカートリッジを提供する。
【0008】
本開示の文脈で使用されるとき、用語「ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素」は、濾材に折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツを形成する方法でひだを付けられる管状の濾材で形成されるフィルター要素を指す。図6は、点線40で輪郭が描かれた、折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツの1つを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の例示の実施形態を示す。本開示の文脈で使用されるとき、点線40は単一プリーツの外辺部を表す。ダイヤモンド形のプリーツはひし形又はデルタ字(即ち、カイト)形状であってよい。濾材の材料の性質及び管状材料を折り畳むことの固有の難しさに起因して、ダイヤモンド形のプリーツは追加のひだ又はダイヤモンド形状に替わり得る変形物を有してもよいが、ダイヤモンド形状は認識可能なままである。
【0009】
図6のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素は、円管の第1の外辺部を、点線42で示される第1の方型に再形成し、円管の第2の外辺部を、点線44で示される第2の方型に再形成し、このプロセス(即ち、点線42、44、46)を繰り返すことにより形成される。第1の方型及び第2の方型は、ひし形パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、図6に示されるように互いに対して45°オフセットされ得る。あるいは、第1の方型及び第2の方型は、デルタ字パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、互いに対して様々な角度でオフセットされ得る。
【0010】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの内のり寸法が内接する縁の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの外のり寸法を囲む円の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径及び外径は、ダイヤモンドの数、形状、及び寸法、並びに濾材の折り畳み厚さ及び得られるフィルターの圧縮程度に応じて変化し得る。例えば、図6は、線42、44、及び46によって形成された平面の互いの距離が比較的大きいという点で低圧縮のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を示している。
【0011】
より理論的な基礎に基づいて図6の実施形態を考察すると、各方型の辺(即ち、ダイヤモンドの中心軸)の長さは、管の周囲を4で割ったものと等しい。したがって、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、理論上は、4で割った管の周囲であり、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、理論上は、2の平方根を掛けた管の周囲の1/4であり、(材料厚さ及び完全圧縮がないと仮定した場合の)外径の内径に対する比率は1.4である。三角形の断面形状を有する(即ち、周囲当たり3個のダイヤモンド長)実施形態に関する同様の計算では、外径の内径に対する比率は2.0である。5、6、7、8、9、及び10個の辺を有する他の多角形断面形状を有する実施形態に関する同様の計算では、理想比率はそれぞれ1.24、1.15、1.11、1.08、1.06、及び1.05である。フィルター要素厚さは内径を減少させかつ外径を増加させるので、得られた実際の比率は、典型的には、少なくとも一部分においてはより大きい。
【0012】
別の態様において、本開示は、少なくとも1個のフィルターカートリッジをハウジングするための流体入口を有するハウジング構造体と;ハウジング構造体に連結される流体出口と;一実施形態において、外径が約16.5cm(6.5インチ)である外側表面と、直径が約8cm(3.0インチ)である内部コアとを有する少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジであって、少なくとも1個のフィルターカートリッジが、流体が少なくとも1個のフィルターカートリッジの外側表面から少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアへ又は内部コアから流れるように、フィルターハウジング内に位置付けられ、少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアがハウジング構造体の流体出口と流体連通する少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジと;外径が約16.5cm(6.5インチ)であり、一実施形態において、単一高流量フィルターカートリッジが約1893lpm(500gpm)までの流体流量で処理することが可能なように、少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアの周りに位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備える高流量濾過システムを提供する。
【0013】
別の態様において、本開示は、複数のプリーツが形成された濾材の少なくとも1つの層を備え、各プリーツが、隣接したプリーツが位置する平面から約10°〜約80°オフセットされた平面に形成される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を提供する。
【0014】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法によって製造される高流量流体濾過システムで使用するためのフィルターカートリッジの例示の実施形態は、102cm(40インチ)の高流量フィルターカートリッジで約1325lpm(350gpm)までの流体流量で、及び152cm(60インチ)の高流量用長フィルターカートリッジで約1893lpm(500gpm)までの流体流量で処理することが可能なフィルターカートリッジを備える。
【0015】
一実施形態において、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジは、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量を効率的に処理し、この実施形態は、所与のフィルターカートリッジの容積に対して比較的大量の濾材領域を備えるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を備える。
【0016】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法の例示の実施形態の他の特徴には、均一な濾材のプリーツ形状構造を作るための他の競合製品、システム、及び方法のほとんどと比較して、比較的高い媒体充填密度(カートリッジの単位体積当たりの表面積)を作るためのシステムと;より小さなフィルターハウジングの直径を維持しながら、フィルターハウジングの内部スペースの有効利用を高めることが可能なフィルターカートリッジを作るためのシステムと;フィルターカートリッジ及び処理される流体の容積当たりのフィルターハウジングスペースが少なくて済むフィルターカートリッジを製造するためのシステムと、が挙げられるが、これらに限定されない。
【0017】
本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジの更に他の例示の実施形態は、他の特徴とともに、約1325lpm(350gpm)(102cm(40インチ)カートリッジ長)〜約1893lpm(500gpm)(152cm(60インチ)カートリッジ長)までの流量を処理することができる単一フィルターカートリッジを可能とする、約8cm(3インチ)を含むが、これに限定されない比較的大きなコア内径を有するフィルターカートリッジ設計を含むが、これらに限定されない。
【0018】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの例示の実施形態の他の特徴には、その中に収容された濾材要素を有する、単位体積当たり比較的大きな濾材表面積を有するフィルターカートリッジを提供する能力が挙げられるが、これらに限定されない。フィルターカートリッジに収容される濾材の表面積は、以下に詳細に説明されるように、単に濾材のパッキングを変えることによって広範囲にわたって制御され得る。更に、濾材の入れ子の密度は、フィルターカートリッジの長さにわたって分配された濾材の均一又は勾配分配を有するフィルターカートリッジを製造するために、フィルターカートリッジの長さにわたって連続的又は非連続的方法で制御することができる。例えば、単位長さ当たりのプリーツの数は、コアの単位長さに沿って変化させることができる。
【0019】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、非限定的に、フィルターハウジングを通る流量がほぼ同じでありながら比較的小さな設置面積を有し、かつ以前は比較的大きい寸法のハウジングが必要であったフィルターカートリッジの数と寸法を収容することが可能なフィルターハウジングを有することである。
【0020】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の別の特徴は、これらのシステムに関連するカートリッジ当たりの濾過コストが比較的安いことである。
【0021】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴には、フィルターハウジングのフィルターカートリッジ及びプラグベース上の補完的傾斜形状を非限定的に有し、カートリッジを高流量フィルターハウジングに設置する及び高流量フィルターハウジングから取り外すための回転力が小さくて済む、ロック装置が挙げられるが、これらに限定されない。
【0022】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、破棄される使用済みフィルターカートリッジの数を減らし、したがって比較的環境に優しいことである。
【0023】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、同じ流体流量を処理するために、高流量濾過システムは多くの他の同様の濾過システムよりも比較的少ないフィルターカートリッジを必要とすることである。
【0024】
本開示の高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、本開示のシステム及び方法によって製造された高流量濾過システムが、現在市場で入手可能な多くの他の同様の濾過システムの濾過コストと比較して、比較的低い濾過コストを有することである。
【0025】
本開示の1つの特徴は、直径を有し、開口が形成されている内部コアと、内部コアの周りに位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約1.5〜約2.5であり、他の実施形態において、比率は約1.8〜約2.4であり、更に別の実施形態において、比率は2.0〜2.3である、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジを含む。
【0026】
本開示の更に別の特徴には、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジであって、フィルターカートリッジの外径が非限定的に約16.5cm(6.5インチ)を有する、フィルターカートリッジが挙げられる。
【0027】
本開示の前述の概要は、本開示の各開示実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、例示した実施形態をより具体的に例証する。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本開示の例示の高流量流体濾過システムの一部を切り取った、概略斜視図。
【図2】本開示の例示の高流量流体濾過システにおいて有用な例示のフィルターカートリッジの斜視図。
【図3A】図2の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップの平面図。
【図3B】コア及び端部キャップの構成要素を示す、図2の例示のフィルターカートリッジの部分横断面図。
【図3C】図2の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップの平面図。
【図3D】図2の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図3E】図2の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図4A】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外部のデジタル画像。
【図4B】図4Aのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大部分のデジタル画像。
【図4C】図4Aのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大された内部のデジタル画像。
【図5A】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の、プリーツの2つのシンクロセットの平面図。
【図5B】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の斜視図。
【図6】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の一部の概略等角図。
【図7】本開示の例示のひだ付けシステムの略図。
【図8】図7の例示のひだ付けシステムの部分斜視図。
【図9】図8の例示のひだ付けシステムの2つの例示のブレード装置の1つの概略部分切取図。
【図10】図9の例示のブレード装置の、例示のブレードの運動特性のグラフ表示。
【図11】装着位置にある、本開示の例示の組立モジュールの斜視図。
【図12】プリーツのパックの準備ができている位置にある、図11の例示の組立モジュールの斜視図。
【図13】スピン溶接の準備ができている位置にある、図11の例示の組立モジュールの斜視図。
【図14】例示のカートリッジ/ハウジングロック装置の部分断面図及び部分斜視図。
【図15A】本開示による、濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させる単一フィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図15B】競合濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させるのに必要な18個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図15C】競合濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させるのに必要な24個のフィルターカートリッジを包容する別の競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16A】本開示による、濾過システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させる7個のフィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16B】競合システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させるための1つの競合濾過システムを作動させるのに必要な85個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16C】別の競合システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させるのに必要な120個のフィルターカートリッジを包容するカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図17A】約1325lpm(350gpm)で作動する、図15A〜15Cのフィルターカートリッジに関する典型的な時間/労力を示すグラフ。
【図17B】7571lpm(2000gpm)で作動する、図16A〜16Cのフィルターカートリッジに関する典型的な時間/労力を示すグラフ。
【0029】
上記の図面は本開示のいくつかの実施形態を示すが、他の実施形態も意図される。ここでの開示は、表示の目的で実施形態を提示しており、限定ではない。本開示の原則の趣旨及び範囲内にある多数の他の変形や実施形態が当業者によって可能であることは理解されよう。図は尺度通りに描かれていないことがある。図面では同じ参照番号は同じ構成部品を指す。
【発明を実施するための形態】
【0030】
特に断らない限り、本開示において、以下に定義される用語は次の意味を有する。
【0031】
本明細書で使用するとき、用語「高流量」は、比較的多い磁束フローを生成する、例えば、102cm(40インチ)の長フィルターカートリッジにおける約1325lpm(350gpm)までの流量、及び152cm(60インチ)の長カートリッジにおける約1893lpm(500gpm)までの流体流量、又は更に多い、フィルターカートリッジを通る比較的多い液体の流量を指す。
【0032】
本明細書で使用するとき、用語「磁束」は、濾材の単位面積当たりの液体の流量を指す。
【0033】
本明細書で使用するとき、用語「プラグベース」は、フィルターハウジングにおいてフィルターカートリッジの連結装置に対応する構成要素を指す。
【0034】
本明細書で使用するとき、用語「充填密度」は、フィルターカートリッジの容積で除された濾材の表面積を指す。
【0035】
本明細書で使用するとき、用語「ブローンマイクロファイバー」は、溶融材料の小さなストリームを回転しているコレクタロール上にブローして作製されて濾材のロールとなる不織布濾材を指し、これはメルトブローン濾材としても知られる。
【0036】
本明細書で使用するとき、用語「タイパー(TYPAR)」は、フィラメント連結部でランダムに配置、分配、及び固着された連続フィラメントのポリプロピレン繊維から(サウスカロライナ州チャールストン(Charleston, South Carolina)のリーメイ社(Reemay, Inc)から入手可能な製品として、商品名「タイパー(TYPAR)」で)製造される、スパンボンドされているポリプロピレンウェブ構造を指す。
【0037】
本明細書で使用するとき、用語「スパンボンド」は、熱可塑性繊維形成ポリマーを線状又は円形の紡糸口金を介して押し出すプロセスによって製造される不織布を指す。押出ポリマーストリームは、所望の直径のフィラメントを形成するために空気及び/又は機械的なドラフトローラーによって迅速に冷却されかつ薄くされる。次に、フィラメントは、ウェブを形成するためにベルトコンベヤー上に横たえられる。ウェブは、次に、固着されてスパンボンドされているウェブを形成する。特定の実施形態において、スパンボンディングは、ポリマー樹脂で始まり完成したウェブで終わる統合された一段階プロセスである。
【0038】
高流量濾過システム
図1に示されるように、本開示の高流量濾過システム50は、高流量フィルターカートリッジハウジング52と、その中に位置付けられる少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジ54とを備える。図示のように、この特定の高流量フィルターカートリッジハウジング52は水平のフィルターハウジングとして描かれており、当業者には理解されるように、垂直のフィルターハウジングを同様に作製することができることは理解されよう。当業者には理解されるように、高流量フィルターカートリッジ即ちカートリッジ54は、フィルターハウジング本体の内部に位置付けられ、例えば、プラグベースのような当業者に既知の複数の可能な構造によってその中に固定され得る。
【0039】
具体的には、例示の実施形態において、本開示の高流量濾過システム50は、現在の業界標準の長さである102cm(40インチ)及び152cm(60インチ)長の両方の高流量フィルターカートリッジ54を、1〜7個、及び可能であればより多く収容する様々な寸法で入手可能であり得る。高流量濾過システム50は、特定の操作ニーズに応じて水平又は垂直構造で入手可能であり得る。一般に、エンドユーザーは、操作が簡単であるという理由で水平の、又は高流量濾過システムの設置面積を減らして設備投資の出費を削減するために垂直の選択肢を選ぶ。
【0040】
図1は、本開示の1つの例示の高流量濾過システム50を詳細に示している。図のように、例示の高流量濾過システム50は、一対の脚部56、58によって支持され、開口64が形成された中央コア部材63(図3参照)と、開口端部キャップ65と、閉端部キャップ66とを有する(図2及び図3A〜3C参照)少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジ54を受容するように構成された外側表面60と内側表面62とを有する、高流量フィルターカートリッジハウジング52備えることができる。高流量フィルターカートリッジハウジング52は、開口端67と閉鎖端68とを有し、開口端は閉鎖部材70を受容するように構成され、閉鎖部材70は当業者に既知の手段によって開口端67を選択的に、密閉して封入することが可能である。入口72は、フィルターカートリッジハウジング52内に、濾過される流体を外部供給源(図示せず)から受容するように位置付けられることができ、流体出口74は、濾過された流体を高流量フィルターカートリッジ54の中央コア部材63(図3A参照)から受容して、濾過された流体を遠隔位置(図示せず)に移送するために、閉鎖端68に対して位置付け可能である。
【0041】
図示されている水平のハウジング52を、垂直のハウジングの一実施形態に変形させるために、一対の支持脚部56、58を除去して同様の支持構造を閉鎖端68に位置付けた後、開口端67が、開口端67よりも下側で床に隣接して位置付けられる閉鎖端68よりも上側になるように、ハウジングを90°回転させる。
【0042】
濾材
図4A〜6に示されるように、例示のシステムの高流量フィルターカートリッジ54内に設置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76において有用であることが見出されている1つの濾材は不織布材料であり、別の実施形態においては、当業者に周知のような不織布ブローンマイクロファイバー(又はメルトブローン)ウェブである。(米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号参照、それぞれの開示は、本開示と矛盾しない限りにおいて参照により本明細書に組み込まれる。)
高流量フィルターカートリッジ54内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の製造に利用することのできる1つの例示の濾材は、絶対定格保持効率を生成するために厳重に制御された繊維直径規格に作製されたブローンマイクロファイバー、又は特定用途に必要とされる濾過機能を実施することが可能の他の濾材を含むが、これに限定されない。このようなブローンマイクロファイバー媒体の一例は、3Mカンパニー(3M Company)(ミネソタ州セントポール(St. Paul, MN))が製造しており、現行のフィルターカートリッジモデル740の中で市販されている。具体的には、高流量フィルターカートリッジ54内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76として有用な濾材は、高い粒子除去効率を提供し、幅広い化学的適合性を有する、メルトブローンFDAに準拠したポリプロピレンマイクロファイバー媒体から製造されてもよい。特定の実施形態において、製造プロセスにおいて接着剤、結合剤、又はシリコーンは使用されない。当業者には理解されるように、全ての支持層及び/又は関連するハードウェア(使用する場合)は、ポリプロピレン又は特定用途において必要な機能を実施することが可能なその他の材料を用いて作製される。
【0043】
ダイヤモンドパターンに配列された管状ひだ付けシステム及び方法
本開示の例示の一実施形態によると、上流の比較的すき間のあるプレフィルタ層、例えばタイパー(TYPAR)と、比較的細かい粒子濾過媒体と、下流の支持層とを含むがこれらに限定されない一連の不織布濾材ウェブは、平坦な管状の継ぎ合わされた濾材を製造するために、少なくとも1つの不透過性の継ぎ目によって、共にフィルターの素管内に共に継ぎ合わされ、この濾材は、次に、米国特許第4,842,739号(タン(Tang))に記載の通りに、加熱及び加圧を介してエンボスされる。
【0044】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素のひだ付けの間に、積層され継ぎ合わされた管状の濾材は、広げられ、折り畳まれ、かつ縦方向につぶされて、図4A〜6に示されるような、積み重ねられたディスク状の層を有する、通常円筒形状のフィルター要素を形成する。得られた積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、例示のフィルターカートリッジにおいて利用するためにコンパクトでスペースをとらないダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に変形させると、比較的一貫して粒子を保持することが見出された。
【0045】
以下により詳細に説明されるように、本開示の高流量フィルターカートリッジ54を製造するのに使用されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を形成するために、フィルターの素管はマンドレル上で変形され、次にひだ付けされる。いくつかある特徴の中で特に、特定の実施形態において得られたダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、多くの従来のプリーツ媒体フィルターよりも比較的高い媒体利用率を示す。
【0046】
図4A〜6は、上記のように製造された例示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を図示しており、濾材のひだ付け方向は内側(コア)から外径へと外側に向かっており、完成した高流量フィルターカートリッジ54が一端上に直立したとき、又は濾材のひだ付けされた表面が高流量フィルターカートリッジ54の長手方向軸に対して約90°に位置付けられると、濾材のプリーツは実質的に水平面となる。
【0047】
図7に概略的に図示されるように、一実施形態において、前もって組み立てられた積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が巻き出されて、図示された例示のひだ付けプロセス84によって、その上に積層され継ぎ合わされた管状の濾材78がひだ付けされるマンドレル86の役割をする管に連結された円錐形の出発点82に供給されるように、媒体巻き出し装置80上に位置付けられる。積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が、マンドレル86の円錐形の出発点82の中に装着されると、濾材78がマンドレル86の円錐形の出発点82上を通過するにつれて、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78はその平坦な状態から円筒形状へと延伸する。
【0048】
駆動ローラー88は、マンドレル86の円錐形の出発点82を支持し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78をマンドレル86の円錐形の出発点82上に駆動するという二重の目的を果たす。
【0049】
ひだ付けプロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、濾材ひだ付け操作が完了する直前に、マンドレル86に位置付けられた、マンドレル86から領域101(図8参照)にある積層され継ぎ合わされた管状の濾材78の中に空気を漏出させる空気スロット90からの空気によって加圧される。この加圧プロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が、ひだ付けプロセスの間に、つぶれないための十分な構造的完全性を有して円筒形状を維持することを確実なものとするために、圧搾空気は積層され継ぎ合わされた管状の濾材78を膨らませる。
【0050】
図7〜10に示されるように、本開示による例示のひだ付け装置92は、それぞれのセット(図9参照)が4つのブレード106、108、110、112を有する2セットのブレード装置94、96(図8参照)を備え、このブレードは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78上でひだ付け操作を実施するために使用される。一実施形態において、ブレード装置94、96は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78と交互に係合し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78をマンドレル86に向けて半径方向に圧縮し、新たにひだ付けされた濾材113を下流に押し、そこでラグの付いたコンベヤー98は、濾材ひだ付け装置92の下流でたった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材100と係合する。ラグの付いたコンベヤー98の速度は、背圧がプリーツ形成のために確立するよう設定され、これは均一性に影響を及ぼし、これは、ひだ付けプロセスの間、たった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材100の各プリーツが他のプリーツと同様に見えることを意味する。ラグの付いたコンベヤー98を巻き出し装置から低速度で動かすことにより、プリーツ形成領域115により大きな背圧が生じることが分かっている。背圧が上昇すると、個々のプリーツの間の距離が短い、より鋭く折り畳まれたプリーツがもたらされる。
【0051】
図8は、それぞれが複数のひだ付けブレード106、108、110、112を備える少なくとも2つのひだ付けブレード装置92の、ブレード装置94、96の一方を支持しかつ駆動する1つの例示のひだ付け装置92を示している。図示のように、ひだ付けブレード106、108、110、112は約90°の間隔で配向される。4つのひだ付けブレード106、108、110、112の全ては、4つのひだ付けブレード106、108、110、112の全てが実質的に同時にひだ付けブレード装置102、104の中心に向かって又は中心から離れるように移動するように、半径方向114に同時に移動するように機械的に接続される。図のように、例示のひだ付け装置92はまた、ひだ付けブレード106、108、110、112を実装するプレート116を備え、プレート116は軸方向118に移動可能である。この構成は、ひだ付けブレード106、108、110、112もまた実質的に同時に軸方向118に移動することを確実とする。
【0052】
他の実施形態において、ひだ付けブレードは図示されている4つのブレードより多くても又は少なくてもよく、ひだ付け装置の軸方向118に対して異なる角度で位置付けられてもよい。特定の実施形態において、この角度は約20°〜約120°の間であってもよい。
【0053】
図8及び9に示されるように、ひだ付けブレード装置102、104は繰り返しサイクルで駆動され、半径方向114及び軸方向118の運動の両方は、上記のブレード運動を生じさせるために同時に発生する。各繰り返しサイクルにより、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は圧縮されかつ折り畳まれて、元の円筒形状から新たに形成される濾材のプリーツ113となる。濾材78は、例えば、4回折り畳まれ、4つのブレードで形成された各プリーツは4つの異なる場所で管と接触し、1つの折り畳みは円筒の中心に向かって半径方向に移動するブレードのそれぞれによって実施される。軸方向のブレード運動118は濾材を圧縮し、圧縮された濾材をひだ付け装置92から離れた下流に移動させる。新たに形成された濾材のプリーツ113の下流への移動を制限するための抵抗が存在しない場合、ひだ付け装置を通過した直後にプリーツ濾材が元の管状へと戻ることに制約がかけられないので、新たに形成された濾材のプリーツ113の下流への移動に対する背圧の存在は非常に有用である。新たに形成された濾材のプリーツ113は、新たに形成された濾材のプリーツの積み重ねを形成する背圧を生成して、ラグの付いたコンベヤー98によって押しとどめられる。新たに形成される濾材のプリーツ113を作るために濾材の材料に付けられる折り目の程度は、ラグの付いたコンベヤーがひだ付け装置92から下流に移動するときに、ラグの付いたコンベヤー98に連結された構造体(図示せず)の移動抵抗によって印加される背圧の関数である。各濾材のプリーツの形成後、ひだ付けブレード106、108、110、112は上方に及び濾材から移動し、ひだ付けプロセスを再度開始するために濾材のひだ付けプロセスの出発点へと戻る。
【0054】
第2のひだ付けブレード装置104が第1のひだ付けブレード装置102から約45°(積層され継ぎ合わされた管状の濾材78の長手方向軸周囲で測定)で配向されること以外は、第2のひだ付けブレード装置104は第1のひだ付けブレード装置102と同一である。他の実施形態において、第2のひだ付けブレード装置は、第1のひだ付けブレード装置から約10°〜約80°の角度で配向されてもよい。
【0055】
ひだ付けプロセスの間、各ひだ付けブレード装置102、104は、図10に示される、実質的に同じブレードの運動特性120を繰り返す。図10は、ブレード106の先端がトレースした運動のプロットであり、第1のひだ付けブレード装置102が濾材プリーツを形成し、第2のひだ付けブレード装置104が後退して開始位置に戻り、逆もまた同様である時には、サイクルが互いに約180°位相外れであること以外は、水平軸は、マンドレル86に平行に移動した距離を表し、垂直軸は半径方向に移動した(マンドレル86に向かって又は離れて)距離を表す。
【0056】
特定の実施形態において、プリーツ形成プロセスの間に、ひだ付きの積層され継ぎ合わされた管状の濾材100がインフィードに向かって上流方向にスプリングバックすることができないように、ひだ付けブレード106、108、110、112の少なくとも1つのセットは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78に常に接触していることが判明した(図7参照)。このような実施形態において、ひだ付けブレード装置102、104の両方は、いずれも実質的に同じ移動範囲にわたって作動し、それぞれの出発点は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78に対して実質的に同じである。
【0057】
2つのひだ付けブレード装置102、104は、図示のように約45°オフセットしているので、濾材のプリーツ77のそれぞれ(図6参照)は、前に形成された濾材のプリーツ及びリアルタイムに形成されている濾材のプリーツの後に形成される濾材のプリーツから約45°で配向される。
【0058】
1つのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を形成するために、所定量の積層され継ぎ合わされた管状の濾材78がひだ付けされた後、そのような所定量の新たに形成された濾材のプリーツ113は、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を作製するために、マンドレル86上のひだ付けブレード装置102、104の下流で、継ぎ合わされた濾材から切断される。切断された後、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、マンドレル86に沿って、ひだ付け装置92から離れてカートリッジ組立場所124に向かって前進する。(図11及び12)。
【0059】
装着準備ができている位置にある、本開示の例示のカートリッジ組立場所124が図11に示されている。カートリッジ組立場所124を、新たに形成されたプリーツ濾材113をマンドレル86からカートリッジ組立場所124へと移動させるよう準備するために(図7参照)、作業者は、開口64が形成されている中央コア部材63を(図3A参照)を、一端で開口端部キャップ65をスピンドル26上に連結させて位置付けてもよく、及び/又は閉端部キャップ66を、スピン溶接アーム130に位置付けられるスピン溶接チャック128内に位置付けてもよい。
【0060】
上記の条件が満たされると、カートリッジ組立場所124は、スピンドル支持体132が約90°回転してスピンドル126をマンドレル86と整列させるように平行移動する位置に自動的にトラバースする。次に、スピンドル126及びマンドレル86は機械的に接続され、マンドレル86がスピンドル126によって支持されるようにマンドレル支持体34は離脱する。
【0061】
図12に示されるように、新たに形成されたプリーツ濾材113(図7参照)は、図3Bに描かれるように、マンドレル86に沿って、かつ前もってスピンドル126上に装着されている中央コア部材63を覆ってトラバースする。新たに形成された濾材のプリーツ113が中央コア部材63上に位置付けられた後、カートリッジ組立場所124は図13に示される位置に移動する。
【0062】
図13に示されるように、スピンドル126は分離されてマンドレル86から離れるように移動され、スピン溶接アーム130は移動してスピンドル126と整列する。閉端部キャップ66の、例えば、スピン溶接によるような作動連結は、スピンドル126がトラバースして中央コア部材63を閉端部キャップ66と接触させる時に、スピン溶接アーム130内に位置付けられたスピン溶接チャック128を回転させることにより達成される。
【0063】
完成した高流量フィルターカートリッジ54を抜き取った後、カートリッジ組立場所124は図11に示される位置に戻る。この位置で、カートリッジ組立場所126は、次のフィルターカートリッジ組み立てサイクルに備えて、新しい閉端部キャップ66をスピン溶接チャック128内に、及び新しい中央コア部材63をスピンドル26上に装着するのための条件下にある。
【0064】
図5Bに概略的に示されているように、高流量フィルターカートリッジ54の中央コア部材63(図示せず)外径(OD)又は内径(ID)(これらの直径は本質的に同じである)が増加するにつれて、中央コア部材63の高流量フィルターカートリッジ54内に定置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の濾材の任意の2つのプリーツの間の、介在媒体又は連結媒体に沿って測定した距離は減少する。単位長さ当たりの個々のプリーツの数は、プリーツの形状及びカートリッジ長手方向軸に沿った媒体の圧密に応じて変化し得る。
【0065】
図5A〜6に最も良く示されているように、本開示に従って製造されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の1つの可能な実施形態は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を受容する中央コア部材63の内径が約8cm(3インチ)である場合に、前面が約23cm2(3.6in2)又は約0.0023m2(0.025ft2)である、複数の単一で別個の、放射状のプリーツ濾材のプリーツ77を備える。
【0066】
上述のように、及び図4A〜5Bに示されるように、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ濾材の設計パターンの少なくとも1つの実施形態は、プリーツ形成が2つの異なる平面で生じ、図示された実施形態においては約45°ごとに互いに位相された又はオフセットされた交互パターンを含む。図5A〜5Bに示されるように、放射状の濾材プリーツのひだ付けの間に用いられる、図示された45°の位相は、放射状プリーツ濾材を互いに上下に比較的しっかりと積み重ねることができるので、典型的には、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の密度は増加する。特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ媒体パック要素は、約250〜400のプリーツを含み、特定の実施形態においては約300〜350のプリーツを含む。
【0067】
本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は内径と外径とを有する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は、中央コア部材63の外径の上に位置付けられるように構成される。いくつかの実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の外径が約16.5cm(6.5インチ)の場合には、約6.4cm(2.5インチ)〜約9.5cm(3.75インチ)である。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は、外径が約16.5cm(6.5インチ)の場合には、約1.5〜約2.5である。1つの特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は約7.6cm(3.0インチ)である。
【0068】
フィルターカートリッジの構造
一般に上述したように、また図2、6及び7に最も良く図示されているように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54は一般に円筒形状であり、様々な形状に形作られたディスクの入れ子構成を有し、高流量フィルターカートリッジ54が垂直位にあり、閉端部キャップ66と開口端部キャップ65とがその中に設置された場合に、水平のひだ付きパターンに配置された放射状のプリーツ濾材のプリーツ77で作製された図示の(図5B)八角形のディスクを有する中央コア部材63備える。
【0069】
図3Aに示されるように、少なくとも一実施形態において、中央コア部材63は、押出ポリプロピレンで製造され、外部から中央コア部材63の中へ又は中央コア部材63から外へのいずれかの流量のための液体の流路を提供するための開口64を備える。図3Bに示されるように、中央コア部材63はまた、中央コア部材63の両端に位置付けられ、一実施形態においては、スピン溶接継ぎ手又は意図される使用環境において許容可能な性能を提供することができるあらゆる他の連結方法を含むがこれらに限定されない方法によって、最適強度の作動連結を提供するために、約1cm(0.25インチ)幅である、穴があけられていない円周リブ136、138を備える。
【0070】
1つの特定の例示の実施形態において、中央コア部材63の一端は、例えば、ハンドルような構造体140を有する閉端部キャップ66にスピン溶接され、他端は、Oリング142を有する開口端部キャップ65にスピン溶接される。上記のような種類のパーツを接合するための周知の組み立て技術であるスピン溶接プロセスを用いることにより、高流量フィルターカートリッジが意図される使用環境において許容可能な性能を提供可能であるようにするために、中央コア部材63とカートリッジ端部キャップ65、66の両方との間に十分強力な固着を提供することが、組み立てプロセスにおいて判明した。
【0071】
上記の通り、例示の高流量フィルターカートリッジ54は、開口64を有する中央コア部材63部材と、中央コア部材63部材の上に位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76と、中央コア部材63の一端に位置付けられてフィルターの流体を高流量フィルターカートリッジ54から出すための流体出口74を有する開口端部キャップ65と、構造体140を介して高流量フィルターカートリッジ54を高流量フィルターカートリッジハウジング52に連結し、かつ高流量フィルターカートリッジ54を高流量フィルターカートリッジハウジング52から取り外すためのハンドル140を備える閉端部キャップ66と、を備える。
【0072】
特定の実施形態において、本開示の高流量フィルターカートリッジ54において利用される単一のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、同様な従来のフィルターカートリッジの特定の他の種類よりも、所与の容積でより大きな媒体の表面積及び/又はより長い耐用年数のための高い積載能力及び/又はより廉価な濾過を提供することが判明した。
【0073】
本開示の高流量濾過システム50の高流量フィルターカートリッジ54の1つの特徴は、中央コア部材63の内径の寸法である。例えば、中央コア部材63の内径を、約8cm(3インチ)を含むがこれに限定されない寸法まで、及びそれよりいくぶん大きく増大させることにより、本開示の高流量フィルターカートリッジ54、続いて高流量フィルターシステム50を通る流量が増加することが判明した。具体的には、本開示によると、中央コア部材63の直径が約8cm(3インチ)である単一の高流量フィルターカートリッジ54は、102cm(40インチ)の長フィルターカートリッジにおいて約1325lpm(350gpm)までの流体流量、及び152cm(60インチ)の長カートリッジにおいて約1893lpm(500gpm)までの流体流量を処理することが可能であることが判明した。
【0074】
具体的には、本開示の濾材の所与のスペース中の、より高い水準で使用可能な濾過表面積により、フィルターカートリッジ当たり約1893lpm(500gpm)までの流量が可能となり、使用するフィルターの数を減少させることが判明した。更に具体的には、流体から同量の混入物を濾過する場合、少なくともいくつかの先行技術のフィルターカートリッジが使用するよりも、本開示のシステムに従って製造される交換可能なフィルターカートリッジの使用数は少なく、これにより、使用される各カートリッジは破棄されるときに一定量の濾過された流体を保持するので製品損失が最小限となり、並びに/又は人件費、及び/若しくは廃棄処理経費、並びに/又は作業者の混入物への暴露、並びに/又はフィルターを取り換えるための休止時間が最小限となる。
【0075】
高流量フィルターハウジングの構造
図1に最も良く示されているように、本開示による高流量フィルターハウジング52は、具体的には、上記のように、コンパクトな設置面積で効率的な高流量濾過システムを供給するように設計される。ハウジングは、標準設計で、並びに、特定のニーズ合わせるためにカスタマイズ可能な構成で、及び、例えば、102cm(40インチ)及び152cm(60インチ)長の、1〜7個であるがこれに限定されないフィルターカートリッジ又は使用可能な数の高流量フィルターカートリッジ54を収容するための様々な寸法で製造されてもよい。本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング52はまた、上記のように、水平又は垂直構造に製造され得る。
【0076】
例えば、図15B及び15Cに示されるように、流量約1325lpm(350gpm)の流体を濾過するためには、高さ約76cm(30インチ)(about twenty four(24)thirty(30 inch)(76 cm))までの従来の直径7cm(2.5インチ)のプリーツフィルターカートリッジ200かそれ以上のものが必要であることがあり、必要なフィルターカートリッジ200を入れるためには、直径41cm(16インチ)までのフィルターハウジング202又はそれより大きなものが必要である。
【0077】
これに対し、図15Aに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ54が1個のみ必要であり、必要なのは直径約22cm(8.6インチ)のハウジングであり、先行技術のカートリッジハウジングの直径の約半分である。小さな外径は、フィルターハウジングを製造する際のコスト削減に直接つながる。具体的には、平面バッフルを利用する外径の大きなカートリッジハウジングとは対照的に、このように外径を小さくすることはそのまま、本開示の角度の付いた偏向板を利用する外径の小さなカートリッジハウジングを製造するために必要な金属の削減につながる。小さな外径を有するこのようなカートリッジフィルターハウジングは必然的に、工場の現場の設置面積の削減をもたらし、これにより同じ数のフィルターカートリッジを収容するのに必要な工場の現場スペースを削減し、ひいては他の機器又は業務に利用されるようにいくらかの工場の現場スペースを解放する。
【0078】
別の実施例において、図16B〜16Cに示されるように、流量約7571lpm(2000gpm)の流体を濾過するためには、高さ約76cm(30インチ)(about one hundred twenty(120)thirty(30 inch)(76 cm))までの従来の直径7cm(2.5インチ)のプリーツフィルターカートリッジ200かそれ以上のものが必要であることがあり、必要な競合フィルターカートリッジ200を入れるためには、直径91cm(36インチ)までのフィルターハウジング202又はそれより大きなものが必要である。
【0079】
これに対し、図16Aに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ54が7個のみ必要であり、必要なのは直径約61cm(24インチ)のハウジングであり、競合カートリッジハウジングの直径の約半分である。
【0080】
上記は、先行技術の特定の比較フィルターカートリッジ及びフィルターハウジングの構成と比べた場合の、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54及び高流量フィルターカートリッジハウジング52の構成の利益を示している。
【0081】
具体的には、本開示の高流量システムは、所与の流量で濾過するために、約90%まで少ないカートリッジを利用し、高流量ハウジングは、図示された競争力のある寸法のフィルターハウジングよりも約33%〜約50%小さい。
【0082】
図17A及び17Bは、上記の様々な実施例に関してカートリッジフィルターを取り換えるための時間/労力を示している。グラフから分かるように、図示された各実施例において、フィルターカートリッジの取り換えに要する典型的な時間/労力は、図示される競合の6.4cm(2.5インチ)カートリッジシステムよりも少なくとも50%に満たない。
【0083】
カートリッジ/ハウジングロック装置
本明細書に記載された高流量濾過システム50は、使い勝手を考えた設計であり得る。具体的には、使い勝手の良さの特徴の例には、多くの既知のシステムに比べて、フィルターカートリッジの設置及び取り外しを、工具又は他のハードウェアを使用せずに比較的簡単にする、使いやすくて人間工学的に設計されたハンドル140と、以下により詳細に記載するような、フィルターカートリッジハウジング52の高流量フィルターカートリッジ54とプラグベース150との間の確実な密封を確実なものとする、「ひねってロックする」傾斜の付いたフィルターカートリッジ密封装置148とが挙げられるが、これらに限定されず、以下により詳細に記述される。
【0084】
図14に示されるように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54の実施形態は、他の構成要素の中でも特に、密封Oリング142を有するキャップ65を備え、高流量フィルターカートリッジ54を、高流量フィルターカートリッジハウジング52内に位置付けられるプラグベース150(図1参照)へとガイドするための2つ以上の固定ラグ152、154を円周上に備える。
【0085】
本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング52の1つの例示の実施形態は、図1に示されるように、角度付き傾斜形状、高流量フィルターカートリッジハウジング52内の底板160に永久的に溶接されている2つ以上の傾斜面156、158(図示せず)を有するプラグベース150を含む。密封Oリング142を有するフィルターカートリッジ開口端部キャップ65が高流量フィルターカートリッジハウジング52のプラグベース150に挿入されると、フィルターカートリッジ開口端部キャップ65は、フィルターカートリッジハウジング52の角度付き傾斜面156と一列に並ぶ。高流量フィルターカートリッジ54が、例えば、約90°回転で回転すると、高流量フィルターカートリッジハウジング52の角度付き傾斜面156は、高流量フィルターカートリッジ54を軸方向に引いてプラグベース150の中に入れ、その結果、Oリング142はプラグベース150と完全に係合し、こうして、フィルターカートリッジ54のフィルターカートリッジ開口端部キャップ65とフィルターカートリッジハウジング52との間の漏れ止め密封を確立する。
【0086】
本開示とともに有用であると考えられる例示のOリングは様々な材料で入手可能であり、例えば、デラウェア州ウィルミントン(Wilmington, Delaware)のデュポン・パフォーマンス・エラストマーLLC(DuPont Performance Elastomers LLC)から商品名「バイトン(VITON)」で入手可能な製品である、標準ブナN、エチレンプロピレンゴム(EPR)、シリコーン及びフルオロエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。
【0087】
当業者には既知であるように、フィルターカートリッジ54が長期間高流量フィルターカートリッジハウジング52の中に設置されていると(例えば、特定用途に応じて、カートリッジはフィルターハウジング内に、最低約1週間〜約3ヵ月、場合によっては更に長く設置され得る)、Oリング142はプラグベース150のOリング密封面162と固着してしまうと考えられる。このOリング/プラグベースの固着が起こると、プラグベース150のOリング密封面162とOリング142との間の比較的大きな摩擦が原因で、フィルターカートリッジ54をフィルターカートリッジハウジング52から取り外すためには、Oリング/プラグベースの固着が起こる前にフィルターカートリッジをフィルターカートリッジハウジング52から取り外すのに必要な力よりも、比較的強い力が必要である。
【0088】
高流量フィルターカートリッジ54を回転すると、Oリング142は、プラグベース150のOリング密封面162に対して回転しないが、軸方向に動き、高流量フィルターカートリッジ54のフィルターハウジングプラグベース150からの離脱をもたらすために必要なトルクを減少させ、これにより、高流量フィルターカートリッジ54の高流量フィルターカートリッジハウジング52からの取り外し及び交換が容易となることが観察されている。上記の特定の構成は、Oリング密封構造を有する既知のフィルターカートリッジの、まっすぐに押したり引いたりする設計に比べて、高流量フィルターカートリッジ54に関して比較的小さな設置及び取り外しのためのトルク力しか必要としないことが見出されている。
【0089】
図1は、プラグベース150内に完全に位置付けられた本開示の1つのフィルターカートリッジ54と、プラグベース150内に位置付けられようとしている又は取り外されるプロセスにある第2のフィルターカートリッジ54と、フィルターカートリッジハウジング52に第3のフィルターカートリッジ54を受容するであろう空のプラグベース150とを示している。
【0090】
高流量フィルターカートリッジ54をフィルターハウジングプラグベース150から離脱させるために、高流量フィルターカートリッジ54をフィルターカートリッジハウジング52内で、例えば、反時計回りに回転させると、Oリング142は、成形されたフィルターカートリッジ開口端部キャップ65上に形成されたOリング溝164の表面に対して実質的に同時にトラバースする一方で、プラグベース150のフィルターカートリッジハウジングのOリング密封面162に結合する。
【0091】
本明細書に開示されたシステム、物品、装置、並びにシステム、物品、及び装置の製造方法は、本開示の例示の実施形態を構成する一方で、本開示はこれらのまさにそのシステム、物品、装置、及び方法に限定されず、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変更がなされ得ることは理解されるべきである。
【技術分野】
【0001】
本開示は高流量カートリッジに関し、より詳細には、ガス又は液体濾過用途の交換可能なフィルターカートリッジに関し、更により詳細には、多くの従来のプリーツ濾材カートリッジフィルターで達成することができるよりも多くの利用可能な単位体積当たりの媒体表面積をパッキングするダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関し、更により詳細には、フィルターカートリッジで使用するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、高流量流体濾過システム、及び流量が単一フィルターカートリッジを通して約1893lpm(500gpm)までの比較的高流量のカートリッジフィルターを有するカートリッジフィルターを含む高流量流体濾過システムを製造するためのシステム、並びにこれらに関するシステムを提供する取り組みがなされている。先の取り組みにより(米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号参照)、フィルターカートリッジの寸法を最小としながら有効な濾材領域が比較的増加し、平面の濾材シートをひだ付き構造体へと折り畳んでフィルターカートリッジ内に定置する様々なフィルターカートリッジ構成をもたらした。
【0003】
本開示の主題に対する競合技術の1つは、放射状プリーツ濾材を収容するフィルターカートリッジである。放射状ひだ付けの不利な点の中でも、本開示のフィルターカートリッジによって意図される用途で使用される場合は、単一フィルターカートリッジ内に収容され得る濾材領域の量である。例えば、(3Mカンパニー(3M Company)のCUNOインコーポレーティッド(CUNO Incorporated)から商品名「ベータファインXL(BETAFINE XL)」で入手可能な製品として)現在市販されている1つのフィルターカートリッジは、現在既知である同様の、外径が6cm(2.5インチ)のフィルターカートリッジにパッキングされ得るよりも多くの量の濾材を詰め込むための収容力を有しているが、濾材のパッキング量が増加してもなお、本開示の特定の実施形態が必要とするよりも多くの数のフィルターカートリッジが必要である。
【0004】
米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号に記載されているフィルターカートリッジは、カートリッジの単位体積当たりの濾材の比較的大きな表面積を含むが、これらのフィルターカートリッジの内部コアの直径は、約4cm(1.5インチ)である。一般に3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジ製品として知られている、この特定のフィルターカートリッジに付随する制限の1つは、この特定のフィルターカートリッジの内部コアの直径が約4cm(1.5インチ)であるために、フィルターカートリッジ当たりの流量が、最大約303lpm(80gpm)に制限されていることである。このように、この特定の先行技術のフィルターカートリッジは、高流量濾過用途の市場へのその潜在的市場浸透にもたらす(effecting)性能限界を示す。
【0005】
米国特許第2,683,537号,同第2,897,971号,同第3,087,623号,同第2,732,951号,同第2,556,521号,同第2,186,440号,同第1,928,049号,同第5,336,405号,同第5,702,603号,同第2,683,537号、同第3,867,294号及び同第2,186,440号を含む多くの先行技術の特許は、エンジンオイルを濾過するのに使用される紙濾材及び/又はカートリッジを利用する一方で、本開示のフィルターカートリッジに使用される濾材は、特定の実施形態において、例えば、ポリプロピレン又は等価材料のようなポリオレフィン材料から製造されるメルトブローン媒体を利用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
したがって、少なくとも1個のフィルターカートリッジを入れるためのフィルターハウジングと、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような同様の既知先行技術のフィルターカートリッジよりも、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量、例えば、約189lpm(50gpm)以上、を処理する能力を有するプリーツ濾材要素パックを有するフィルターカートリッジとを備えるが、これらに限定されない、例示の高流量流体濾過システム並びに高流量流体濾過システムを製造する方法及びシステムを提供することが望ましく、これらは、一実施形態において、100cm(40インチ)長に対して約21745cm3(1327立方インチ)のカートリッジ及び150cm(60インチ)長に対して約32626cm3(1991立方インチ)カートリッジの所与の内部容積に対して約13m2(145平方フィート)の濾材領域を提供し;一実施形態において、ニューヨーク州イーストヒル(East Hills, New York)のポール・コーポレーション(Pall Corporation)から商品名「ウルチプリーツ(ULTIPLEAT)」で入手可能な製品のような匹敵する従来の既知の高流量流体濾過システム、又はその他の従来の直径6cm(2.5インチ)のフィルターカートリッジよりも設置面積が比較的小さいが、フィルターハウジングを通してほぼ同じ流体流量を達成し;一実施形態において、現在市場で入手可能な同様の濾過システムと比較して濾過が比較的低コストである高流量濾過システムをユーザーに提供し;一実施形態において、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジ又はポールウルチプリーツ(PALL ULTIPLEAT)フィルターカートリッジのような競合濾過システム製品と比較して、比較的高い媒体充填密度(カートリッジの単位体積当たりの表面積が約5.7〜約7.9平方センチメートル/立方センチメートル(約0.10〜約0.14平方フィート/立方インチ))を有する高流量濾過システムを提供し;3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような他の既知の高流量濾過システムと比較して、実質的に均一な濾材のプリーツ構造を有する高流量濾過システムを提供し;一実施形態において、3Mモデル番号740Bシリーズのフィルターカートリッジのような同様の競合濾過システムと比較して、比較的大きなコア内径(約8cm(3インチ)が挙げられるがこれに限定されない)を有する高流量濾過システムを提供し;一実施形態において、フィルターカートリッジ長に応じて約1325lpm(350gpm)〜約1893lpm(500gpm)までの流量を有する濾過を処理することが可能な単一フィルターカートリッジを提供し、プリーツ濾材パック要素を有する濾過システムであって、濾材は前記にて定義されたように均一にひだ付けされており、円筒形状であり、少なくとも一実施形態において、濾材はその周囲に形を成す8個のフラップを有し、フィルターカートリッジの上面から見ると八角形である濾過システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
一態様において、本開示は、内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、これにおいて一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約1.5〜2.5(いくつかの実施形態では、1.8〜2.4、又は2.0〜2.3)であり、コアの一端に位置付けられて、流体をコア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、コアの他端部に位置付けられて流体が出ていくのを防止し、開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるための構造体を有する閉端部キャップと、を備える高流量フィルターカートリッジを提供する。
【0008】
本開示の文脈で使用されるとき、用語「ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素」は、濾材に折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツを形成する方法でひだを付けられる管状の濾材で形成されるフィルター要素を指す。図6は、点線40で輪郭が描かれた、折り畳まれたダイヤモンド形のプリーツの1つを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の例示の実施形態を示す。本開示の文脈で使用されるとき、点線40は単一プリーツの外辺部を表す。ダイヤモンド形のプリーツはひし形又はデルタ字(即ち、カイト)形状であってよい。濾材の材料の性質及び管状材料を折り畳むことの固有の難しさに起因して、ダイヤモンド形のプリーツは追加のひだ又はダイヤモンド形状に替わり得る変形物を有してもよいが、ダイヤモンド形状は認識可能なままである。
【0009】
図6のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素は、円管の第1の外辺部を、点線42で示される第1の方型に再形成し、円管の第2の外辺部を、点線44で示される第2の方型に再形成し、このプロセス(即ち、点線42、44、46)を繰り返すことにより形成される。第1の方型及び第2の方型は、ひし形パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、図6に示されるように互いに対して45°オフセットされ得る。あるいは、第1の方型及び第2の方型は、デルタ字パターンに配列された管状プリーツフィルター要素を得るために、互いに対して様々な角度でオフセットされ得る。
【0010】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの内のり寸法が内接する縁の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルターの外のり寸法を囲む円の寸法によって確定する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径及び外径は、ダイヤモンドの数、形状、及び寸法、並びに濾材の折り畳み厚さ及び得られるフィルターの圧縮程度に応じて変化し得る。例えば、図6は、線42、44、及び46によって形成された平面の互いの距離が比較的大きいという点で低圧縮のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を示している。
【0011】
より理論的な基礎に基づいて図6の実施形態を考察すると、各方型の辺(即ち、ダイヤモンドの中心軸)の長さは、管の周囲を4で割ったものと等しい。したがって、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の内径は、理論上は、4で割った管の周囲であり、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径は、理論上は、2の平方根を掛けた管の周囲の1/4であり、(材料厚さ及び完全圧縮がないと仮定した場合の)外径の内径に対する比率は1.4である。三角形の断面形状を有する(即ち、周囲当たり3個のダイヤモンド長)実施形態に関する同様の計算では、外径の内径に対する比率は2.0である。5、6、7、8、9、及び10個の辺を有する他の多角形断面形状を有する実施形態に関する同様の計算では、理想比率はそれぞれ1.24、1.15、1.11、1.08、1.06、及び1.05である。フィルター要素厚さは内径を減少させかつ外径を増加させるので、得られた実際の比率は、典型的には、少なくとも一部分においてはより大きい。
【0012】
別の態様において、本開示は、少なくとも1個のフィルターカートリッジをハウジングするための流体入口を有するハウジング構造体と;ハウジング構造体に連結される流体出口と;一実施形態において、外径が約16.5cm(6.5インチ)である外側表面と、直径が約8cm(3.0インチ)である内部コアとを有する少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジであって、少なくとも1個のフィルターカートリッジが、流体が少なくとも1個のフィルターカートリッジの外側表面から少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアへ又は内部コアから流れるように、フィルターハウジング内に位置付けられ、少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアがハウジング構造体の流体出口と流体連通する少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジと;外径が約16.5cm(6.5インチ)であり、一実施形態において、単一高流量フィルターカートリッジが約1893lpm(500gpm)までの流体流量で処理することが可能なように、少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジの内部コアの周りに位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備える高流量濾過システムを提供する。
【0013】
別の態様において、本開示は、複数のプリーツが形成された濾材の少なくとも1つの層を備え、各プリーツが、隣接したプリーツが位置する平面から約10°〜約80°オフセットされた平面に形成される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を提供する。
【0014】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法によって製造される高流量流体濾過システムで使用するためのフィルターカートリッジの例示の実施形態は、102cm(40インチ)の高流量フィルターカートリッジで約1325lpm(350gpm)までの流体流量で、及び152cm(60インチ)の高流量用長フィルターカートリッジで約1893lpm(500gpm)までの流体流量で処理することが可能なフィルターカートリッジを備える。
【0015】
一実施形態において、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジは、フィルターカートリッジ当たり比較的高流量を効率的に処理し、この実施形態は、所与のフィルターカートリッジの容積に対して比較的大量の濾材領域を備えるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素を備える。
【0016】
本開示のフィルターカートリッジを製造するシステム及び方法の例示の実施形態の他の特徴には、均一な濾材のプリーツ形状構造を作るための他の競合製品、システム、及び方法のほとんどと比較して、比較的高い媒体充填密度(カートリッジの単位体積当たりの表面積)を作るためのシステムと;より小さなフィルターハウジングの直径を維持しながら、フィルターハウジングの内部スペースの有効利用を高めることが可能なフィルターカートリッジを作るためのシステムと;フィルターカートリッジ及び処理される流体の容積当たりのフィルターハウジングスペースが少なくて済むフィルターカートリッジを製造するためのシステムと、が挙げられるが、これらに限定されない。
【0017】
本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジの更に他の例示の実施形態は、他の特徴とともに、約1325lpm(350gpm)(102cm(40インチ)カートリッジ長)〜約1893lpm(500gpm)(152cm(60インチ)カートリッジ長)までの流量を処理することができる単一フィルターカートリッジを可能とする、約8cm(3インチ)を含むが、これに限定されない比較的大きなコア内径を有するフィルターカートリッジ設計を含むが、これらに限定されない。
【0018】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの例示の実施形態の他の特徴には、その中に収容された濾材要素を有する、単位体積当たり比較的大きな濾材表面積を有するフィルターカートリッジを提供する能力が挙げられるが、これらに限定されない。フィルターカートリッジに収容される濾材の表面積は、以下に詳細に説明されるように、単に濾材のパッキングを変えることによって広範囲にわたって制御され得る。更に、濾材の入れ子の密度は、フィルターカートリッジの長さにわたって分配された濾材の均一又は勾配分配を有するフィルターカートリッジを製造するために、フィルターカートリッジの長さにわたって連続的又は非連続的方法で制御することができる。例えば、単位長さ当たりのプリーツの数は、コアの単位長さに沿って変化させることができる。
【0019】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、非限定的に、フィルターハウジングを通る流量がほぼ同じでありながら比較的小さな設置面積を有し、かつ以前は比較的大きい寸法のハウジングが必要であったフィルターカートリッジの数と寸法を収容することが可能なフィルターハウジングを有することである。
【0020】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の別の特徴は、これらのシステムに関連するカートリッジ当たりの濾過コストが比較的安いことである。
【0021】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴には、フィルターハウジングのフィルターカートリッジ及びプラグベース上の補完的傾斜形状を非限定的に有し、カートリッジを高流量フィルターハウジングに設置する及び高流量フィルターハウジングから取り外すための回転力が小さくて済む、ロック装置が挙げられるが、これらに限定されない。
【0022】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、高流量濾過システムが、破棄される使用済みフィルターカートリッジの数を減らし、したがって比較的環境に優しいことである。
【0023】
本開示のシステム及び方法によって製造される高流量濾過システムのいくつかの実施形態の更に別の特徴は、同じ流体流量を処理するために、高流量濾過システムは多くの他の同様の濾過システムよりも比較的少ないフィルターカートリッジを必要とすることである。
【0024】
本開示の高流量濾過システムの特定の実施形態の更に別の特徴は、本開示のシステム及び方法によって製造された高流量濾過システムが、現在市場で入手可能な多くの他の同様の濾過システムの濾過コストと比較して、比較的低い濾過コストを有することである。
【0025】
本開示の1つの特徴は、直径を有し、開口が形成されている内部コアと、内部コアの周りに位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、一実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は約1.5〜約2.5であり、他の実施形態において、比率は約1.8〜約2.4であり、更に別の実施形態において、比率は2.0〜2.3である、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジを含む。
【0026】
本開示の更に別の特徴には、本開示のシステム及び方法によって製造されるフィルターカートリッジであって、フィルターカートリッジの外径が非限定的に約16.5cm(6.5インチ)を有する、フィルターカートリッジが挙げられる。
【0027】
本開示の前述の概要は、本開示の各開示実施形態又はすべての実施を説明しようとするものではない。以下の図面及び「発明を実施するための形態」は、例示した実施形態をより具体的に例証する。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本開示の例示の高流量流体濾過システムの一部を切り取った、概略斜視図。
【図2】本開示の例示の高流量流体濾過システにおいて有用な例示のフィルターカートリッジの斜視図。
【図3A】図2の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップの平面図。
【図3B】コア及び端部キャップの構成要素を示す、図2の例示のフィルターカートリッジの部分横断面図。
【図3C】図2の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップの平面図。
【図3D】図2の例示のフィルターカートリッジの上端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図3E】図2の例示のフィルターカートリッジの下端部キャップ構成要素の部分断面図。
【図4A】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外部のデジタル画像。
【図4B】図4Aのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大部分のデジタル画像。
【図4C】図4Aのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の拡大された内部のデジタル画像。
【図5A】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の、プリーツの2つのシンクロセットの平面図。
【図5B】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の斜視図。
【図6】本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の一部の概略等角図。
【図7】本開示の例示のひだ付けシステムの略図。
【図8】図7の例示のひだ付けシステムの部分斜視図。
【図9】図8の例示のひだ付けシステムの2つの例示のブレード装置の1つの概略部分切取図。
【図10】図9の例示のブレード装置の、例示のブレードの運動特性のグラフ表示。
【図11】装着位置にある、本開示の例示の組立モジュールの斜視図。
【図12】プリーツのパックの準備ができている位置にある、図11の例示の組立モジュールの斜視図。
【図13】スピン溶接の準備ができている位置にある、図11の例示の組立モジュールの斜視図。
【図14】例示のカートリッジ/ハウジングロック装置の部分断面図及び部分斜視図。
【図15A】本開示による、濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させる単一フィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図15B】競合濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させるのに必要な18個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図15C】競合濾過システムを約1325lpm(350gpm)で作動させるのに必要な24個のフィルターカートリッジを包容する別の競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16A】本開示による、濾過システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させる7個のフィルターカートリッジを包容する例示のカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16B】競合システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させるための1つの競合濾過システムを作動させるのに必要な85個のフィルターカートリッジを包容する競合カートリッジハウジングを示す略断面図。
【図16C】別の競合システムを約7571lpm(2000gpm)で作動させるのに必要な120個のフィルターカートリッジを包容するカートリッジハウジングを示す略断面図。
【図17A】約1325lpm(350gpm)で作動する、図15A〜15Cのフィルターカートリッジに関する典型的な時間/労力を示すグラフ。
【図17B】7571lpm(2000gpm)で作動する、図16A〜16Cのフィルターカートリッジに関する典型的な時間/労力を示すグラフ。
【0029】
上記の図面は本開示のいくつかの実施形態を示すが、他の実施形態も意図される。ここでの開示は、表示の目的で実施形態を提示しており、限定ではない。本開示の原則の趣旨及び範囲内にある多数の他の変形や実施形態が当業者によって可能であることは理解されよう。図は尺度通りに描かれていないことがある。図面では同じ参照番号は同じ構成部品を指す。
【発明を実施するための形態】
【0030】
特に断らない限り、本開示において、以下に定義される用語は次の意味を有する。
【0031】
本明細書で使用するとき、用語「高流量」は、比較的多い磁束フローを生成する、例えば、102cm(40インチ)の長フィルターカートリッジにおける約1325lpm(350gpm)までの流量、及び152cm(60インチ)の長カートリッジにおける約1893lpm(500gpm)までの流体流量、又は更に多い、フィルターカートリッジを通る比較的多い液体の流量を指す。
【0032】
本明細書で使用するとき、用語「磁束」は、濾材の単位面積当たりの液体の流量を指す。
【0033】
本明細書で使用するとき、用語「プラグベース」は、フィルターハウジングにおいてフィルターカートリッジの連結装置に対応する構成要素を指す。
【0034】
本明細書で使用するとき、用語「充填密度」は、フィルターカートリッジの容積で除された濾材の表面積を指す。
【0035】
本明細書で使用するとき、用語「ブローンマイクロファイバー」は、溶融材料の小さなストリームを回転しているコレクタロール上にブローして作製されて濾材のロールとなる不織布濾材を指し、これはメルトブローン濾材としても知られる。
【0036】
本明細書で使用するとき、用語「タイパー(TYPAR)」は、フィラメント連結部でランダムに配置、分配、及び固着された連続フィラメントのポリプロピレン繊維から(サウスカロライナ州チャールストン(Charleston, South Carolina)のリーメイ社(Reemay, Inc)から入手可能な製品として、商品名「タイパー(TYPAR)」で)製造される、スパンボンドされているポリプロピレンウェブ構造を指す。
【0037】
本明細書で使用するとき、用語「スパンボンド」は、熱可塑性繊維形成ポリマーを線状又は円形の紡糸口金を介して押し出すプロセスによって製造される不織布を指す。押出ポリマーストリームは、所望の直径のフィラメントを形成するために空気及び/又は機械的なドラフトローラーによって迅速に冷却されかつ薄くされる。次に、フィラメントは、ウェブを形成するためにベルトコンベヤー上に横たえられる。ウェブは、次に、固着されてスパンボンドされているウェブを形成する。特定の実施形態において、スパンボンディングは、ポリマー樹脂で始まり完成したウェブで終わる統合された一段階プロセスである。
【0038】
高流量濾過システム
図1に示されるように、本開示の高流量濾過システム50は、高流量フィルターカートリッジハウジング52と、その中に位置付けられる少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジ54とを備える。図示のように、この特定の高流量フィルターカートリッジハウジング52は水平のフィルターハウジングとして描かれており、当業者には理解されるように、垂直のフィルターハウジングを同様に作製することができることは理解されよう。当業者には理解されるように、高流量フィルターカートリッジ即ちカートリッジ54は、フィルターハウジング本体の内部に位置付けられ、例えば、プラグベースのような当業者に既知の複数の可能な構造によってその中に固定され得る。
【0039】
具体的には、例示の実施形態において、本開示の高流量濾過システム50は、現在の業界標準の長さである102cm(40インチ)及び152cm(60インチ)長の両方の高流量フィルターカートリッジ54を、1〜7個、及び可能であればより多く収容する様々な寸法で入手可能であり得る。高流量濾過システム50は、特定の操作ニーズに応じて水平又は垂直構造で入手可能であり得る。一般に、エンドユーザーは、操作が簡単であるという理由で水平の、又は高流量濾過システムの設置面積を減らして設備投資の出費を削減するために垂直の選択肢を選ぶ。
【0040】
図1は、本開示の1つの例示の高流量濾過システム50を詳細に示している。図のように、例示の高流量濾過システム50は、一対の脚部56、58によって支持され、開口64が形成された中央コア部材63(図3参照)と、開口端部キャップ65と、閉端部キャップ66とを有する(図2及び図3A〜3C参照)少なくとも1個の高流量フィルターカートリッジ54を受容するように構成された外側表面60と内側表面62とを有する、高流量フィルターカートリッジハウジング52備えることができる。高流量フィルターカートリッジハウジング52は、開口端67と閉鎖端68とを有し、開口端は閉鎖部材70を受容するように構成され、閉鎖部材70は当業者に既知の手段によって開口端67を選択的に、密閉して封入することが可能である。入口72は、フィルターカートリッジハウジング52内に、濾過される流体を外部供給源(図示せず)から受容するように位置付けられることができ、流体出口74は、濾過された流体を高流量フィルターカートリッジ54の中央コア部材63(図3A参照)から受容して、濾過された流体を遠隔位置(図示せず)に移送するために、閉鎖端68に対して位置付け可能である。
【0041】
図示されている水平のハウジング52を、垂直のハウジングの一実施形態に変形させるために、一対の支持脚部56、58を除去して同様の支持構造を閉鎖端68に位置付けた後、開口端67が、開口端67よりも下側で床に隣接して位置付けられる閉鎖端68よりも上側になるように、ハウジングを90°回転させる。
【0042】
濾材
図4A〜6に示されるように、例示のシステムの高流量フィルターカートリッジ54内に設置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76において有用であることが見出されている1つの濾材は不織布材料であり、別の実施形態においては、当業者に周知のような不織布ブローンマイクロファイバー(又はメルトブローン)ウェブである。(米国特許第4,842,739号及び同第5,336,405号参照、それぞれの開示は、本開示と矛盾しない限りにおいて参照により本明細書に組み込まれる。)
高流量フィルターカートリッジ54内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の製造に利用することのできる1つの例示の濾材は、絶対定格保持効率を生成するために厳重に制御された繊維直径規格に作製されたブローンマイクロファイバー、又は特定用途に必要とされる濾過機能を実施することが可能の他の濾材を含むが、これに限定されない。このようなブローンマイクロファイバー媒体の一例は、3Mカンパニー(3M Company)(ミネソタ州セントポール(St. Paul, MN))が製造しており、現行のフィルターカートリッジモデル740の中で市販されている。具体的には、高流量フィルターカートリッジ54内に設置されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76として有用な濾材は、高い粒子除去効率を提供し、幅広い化学的適合性を有する、メルトブローンFDAに準拠したポリプロピレンマイクロファイバー媒体から製造されてもよい。特定の実施形態において、製造プロセスにおいて接着剤、結合剤、又はシリコーンは使用されない。当業者には理解されるように、全ての支持層及び/又は関連するハードウェア(使用する場合)は、ポリプロピレン又は特定用途において必要な機能を実施することが可能なその他の材料を用いて作製される。
【0043】
ダイヤモンドパターンに配列された管状ひだ付けシステム及び方法
本開示の例示の一実施形態によると、上流の比較的すき間のあるプレフィルタ層、例えばタイパー(TYPAR)と、比較的細かい粒子濾過媒体と、下流の支持層とを含むがこれらに限定されない一連の不織布濾材ウェブは、平坦な管状の継ぎ合わされた濾材を製造するために、少なくとも1つの不透過性の継ぎ目によって、共にフィルターの素管内に共に継ぎ合わされ、この濾材は、次に、米国特許第4,842,739号(タン(Tang))に記載の通りに、加熱及び加圧を介してエンボスされる。
【0044】
ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素のひだ付けの間に、積層され継ぎ合わされた管状の濾材は、広げられ、折り畳まれ、かつ縦方向につぶされて、図4A〜6に示されるような、積み重ねられたディスク状の層を有する、通常円筒形状のフィルター要素を形成する。得られた積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、例示のフィルターカートリッジにおいて利用するためにコンパクトでスペースをとらないダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素に変形させると、比較的一貫して粒子を保持することが見出された。
【0045】
以下により詳細に説明されるように、本開示の高流量フィルターカートリッジ54を製造するのに使用されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を形成するために、フィルターの素管はマンドレル上で変形され、次にひだ付けされる。いくつかある特徴の中で特に、特定の実施形態において得られたダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、多くの従来のプリーツ媒体フィルターよりも比較的高い媒体利用率を示す。
【0046】
図4A〜6は、上記のように製造された例示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を図示しており、濾材のひだ付け方向は内側(コア)から外径へと外側に向かっており、完成した高流量フィルターカートリッジ54が一端上に直立したとき、又は濾材のひだ付けされた表面が高流量フィルターカートリッジ54の長手方向軸に対して約90°に位置付けられると、濾材のプリーツは実質的に水平面となる。
【0047】
図7に概略的に図示されるように、一実施形態において、前もって組み立てられた積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が巻き出されて、図示された例示のひだ付けプロセス84によって、その上に積層され継ぎ合わされた管状の濾材78がひだ付けされるマンドレル86の役割をする管に連結された円錐形の出発点82に供給されるように、媒体巻き出し装置80上に位置付けられる。積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が、マンドレル86の円錐形の出発点82の中に装着されると、濾材78がマンドレル86の円錐形の出発点82上を通過するにつれて、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78はその平坦な状態から円筒形状へと延伸する。
【0048】
駆動ローラー88は、マンドレル86の円錐形の出発点82を支持し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78をマンドレル86の円錐形の出発点82上に駆動するという二重の目的を果たす。
【0049】
ひだ付けプロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は、濾材ひだ付け操作が完了する直前に、マンドレル86に位置付けられた、マンドレル86から領域101(図8参照)にある積層され継ぎ合わされた管状の濾材78の中に空気を漏出させる空気スロット90からの空気によって加圧される。この加圧プロセスの間、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78が、ひだ付けプロセスの間に、つぶれないための十分な構造的完全性を有して円筒形状を維持することを確実なものとするために、圧搾空気は積層され継ぎ合わされた管状の濾材78を膨らませる。
【0050】
図7〜10に示されるように、本開示による例示のひだ付け装置92は、それぞれのセット(図9参照)が4つのブレード106、108、110、112を有する2セットのブレード装置94、96(図8参照)を備え、このブレードは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78上でひだ付け操作を実施するために使用される。一実施形態において、ブレード装置94、96は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78と交互に係合し、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78をマンドレル86に向けて半径方向に圧縮し、新たにひだ付けされた濾材113を下流に押し、そこでラグの付いたコンベヤー98は、濾材ひだ付け装置92の下流でたった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材100と係合する。ラグの付いたコンベヤー98の速度は、背圧がプリーツ形成のために確立するよう設定され、これは均一性に影響を及ぼし、これは、ひだ付けプロセスの間、たった今ひだ付けされた積層され継ぎ合わされた管状の濾材100の各プリーツが他のプリーツと同様に見えることを意味する。ラグの付いたコンベヤー98を巻き出し装置から低速度で動かすことにより、プリーツ形成領域115により大きな背圧が生じることが分かっている。背圧が上昇すると、個々のプリーツの間の距離が短い、より鋭く折り畳まれたプリーツがもたらされる。
【0051】
図8は、それぞれが複数のひだ付けブレード106、108、110、112を備える少なくとも2つのひだ付けブレード装置92の、ブレード装置94、96の一方を支持しかつ駆動する1つの例示のひだ付け装置92を示している。図示のように、ひだ付けブレード106、108、110、112は約90°の間隔で配向される。4つのひだ付けブレード106、108、110、112の全ては、4つのひだ付けブレード106、108、110、112の全てが実質的に同時にひだ付けブレード装置102、104の中心に向かって又は中心から離れるように移動するように、半径方向114に同時に移動するように機械的に接続される。図のように、例示のひだ付け装置92はまた、ひだ付けブレード106、108、110、112を実装するプレート116を備え、プレート116は軸方向118に移動可能である。この構成は、ひだ付けブレード106、108、110、112もまた実質的に同時に軸方向118に移動することを確実とする。
【0052】
他の実施形態において、ひだ付けブレードは図示されている4つのブレードより多くても又は少なくてもよく、ひだ付け装置の軸方向118に対して異なる角度で位置付けられてもよい。特定の実施形態において、この角度は約20°〜約120°の間であってもよい。
【0053】
図8及び9に示されるように、ひだ付けブレード装置102、104は繰り返しサイクルで駆動され、半径方向114及び軸方向118の運動の両方は、上記のブレード運動を生じさせるために同時に発生する。各繰り返しサイクルにより、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78は圧縮されかつ折り畳まれて、元の円筒形状から新たに形成される濾材のプリーツ113となる。濾材78は、例えば、4回折り畳まれ、4つのブレードで形成された各プリーツは4つの異なる場所で管と接触し、1つの折り畳みは円筒の中心に向かって半径方向に移動するブレードのそれぞれによって実施される。軸方向のブレード運動118は濾材を圧縮し、圧縮された濾材をひだ付け装置92から離れた下流に移動させる。新たに形成された濾材のプリーツ113の下流への移動を制限するための抵抗が存在しない場合、ひだ付け装置を通過した直後にプリーツ濾材が元の管状へと戻ることに制約がかけられないので、新たに形成された濾材のプリーツ113の下流への移動に対する背圧の存在は非常に有用である。新たに形成された濾材のプリーツ113は、新たに形成された濾材のプリーツの積み重ねを形成する背圧を生成して、ラグの付いたコンベヤー98によって押しとどめられる。新たに形成される濾材のプリーツ113を作るために濾材の材料に付けられる折り目の程度は、ラグの付いたコンベヤーがひだ付け装置92から下流に移動するときに、ラグの付いたコンベヤー98に連結された構造体(図示せず)の移動抵抗によって印加される背圧の関数である。各濾材のプリーツの形成後、ひだ付けブレード106、108、110、112は上方に及び濾材から移動し、ひだ付けプロセスを再度開始するために濾材のひだ付けプロセスの出発点へと戻る。
【0054】
第2のひだ付けブレード装置104が第1のひだ付けブレード装置102から約45°(積層され継ぎ合わされた管状の濾材78の長手方向軸周囲で測定)で配向されること以外は、第2のひだ付けブレード装置104は第1のひだ付けブレード装置102と同一である。他の実施形態において、第2のひだ付けブレード装置は、第1のひだ付けブレード装置から約10°〜約80°の角度で配向されてもよい。
【0055】
ひだ付けプロセスの間、各ひだ付けブレード装置102、104は、図10に示される、実質的に同じブレードの運動特性120を繰り返す。図10は、ブレード106の先端がトレースした運動のプロットであり、第1のひだ付けブレード装置102が濾材プリーツを形成し、第2のひだ付けブレード装置104が後退して開始位置に戻り、逆もまた同様である時には、サイクルが互いに約180°位相外れであること以外は、水平軸は、マンドレル86に平行に移動した距離を表し、垂直軸は半径方向に移動した(マンドレル86に向かって又は離れて)距離を表す。
【0056】
特定の実施形態において、プリーツ形成プロセスの間に、ひだ付きの積層され継ぎ合わされた管状の濾材100がインフィードに向かって上流方向にスプリングバックすることができないように、ひだ付けブレード106、108、110、112の少なくとも1つのセットは、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78に常に接触していることが判明した(図7参照)。このような実施形態において、ひだ付けブレード装置102、104の両方は、いずれも実質的に同じ移動範囲にわたって作動し、それぞれの出発点は、積層され継ぎ合わされた管状の濾材78に対して実質的に同じである。
【0057】
2つのひだ付けブレード装置102、104は、図示のように約45°オフセットしているので、濾材のプリーツ77のそれぞれ(図6参照)は、前に形成された濾材のプリーツ及びリアルタイムに形成されている濾材のプリーツの後に形成される濾材のプリーツから約45°で配向される。
【0058】
1つのダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を形成するために、所定量の積層され継ぎ合わされた管状の濾材78がひだ付けされた後、そのような所定量の新たに形成された濾材のプリーツ113は、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を作製するために、マンドレル86上のひだ付けブレード装置102、104の下流で、継ぎ合わされた濾材から切断される。切断された後、単一の別個のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、マンドレル86に沿って、ひだ付け装置92から離れてカートリッジ組立場所124に向かって前進する。(図11及び12)。
【0059】
装着準備ができている位置にある、本開示の例示のカートリッジ組立場所124が図11に示されている。カートリッジ組立場所124を、新たに形成されたプリーツ濾材113をマンドレル86からカートリッジ組立場所124へと移動させるよう準備するために(図7参照)、作業者は、開口64が形成されている中央コア部材63を(図3A参照)を、一端で開口端部キャップ65をスピンドル26上に連結させて位置付けてもよく、及び/又は閉端部キャップ66を、スピン溶接アーム130に位置付けられるスピン溶接チャック128内に位置付けてもよい。
【0060】
上記の条件が満たされると、カートリッジ組立場所124は、スピンドル支持体132が約90°回転してスピンドル126をマンドレル86と整列させるように平行移動する位置に自動的にトラバースする。次に、スピンドル126及びマンドレル86は機械的に接続され、マンドレル86がスピンドル126によって支持されるようにマンドレル支持体34は離脱する。
【0061】
図12に示されるように、新たに形成されたプリーツ濾材113(図7参照)は、図3Bに描かれるように、マンドレル86に沿って、かつ前もってスピンドル126上に装着されている中央コア部材63を覆ってトラバースする。新たに形成された濾材のプリーツ113が中央コア部材63上に位置付けられた後、カートリッジ組立場所124は図13に示される位置に移動する。
【0062】
図13に示されるように、スピンドル126は分離されてマンドレル86から離れるように移動され、スピン溶接アーム130は移動してスピンドル126と整列する。閉端部キャップ66の、例えば、スピン溶接によるような作動連結は、スピンドル126がトラバースして中央コア部材63を閉端部キャップ66と接触させる時に、スピン溶接アーム130内に位置付けられたスピン溶接チャック128を回転させることにより達成される。
【0063】
完成した高流量フィルターカートリッジ54を抜き取った後、カートリッジ組立場所124は図11に示される位置に戻る。この位置で、カートリッジ組立場所126は、次のフィルターカートリッジ組み立てサイクルに備えて、新しい閉端部キャップ66をスピン溶接チャック128内に、及び新しい中央コア部材63をスピンドル26上に装着するのための条件下にある。
【0064】
図5Bに概略的に示されているように、高流量フィルターカートリッジ54の中央コア部材63(図示せず)外径(OD)又は内径(ID)(これらの直径は本質的に同じである)が増加するにつれて、中央コア部材63の高流量フィルターカートリッジ54内に定置される、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の濾材の任意の2つのプリーツの間の、介在媒体又は連結媒体に沿って測定した距離は減少する。単位長さ当たりの個々のプリーツの数は、プリーツの形状及びカートリッジ長手方向軸に沿った媒体の圧密に応じて変化し得る。
【0065】
図5A〜6に最も良く示されているように、本開示に従って製造されるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の1つの可能な実施形態は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76を受容する中央コア部材63の内径が約8cm(3インチ)である場合に、前面が約23cm2(3.6in2)又は約0.0023m2(0.025ft2)である、複数の単一で別個の、放射状のプリーツ濾材のプリーツ77を備える。
【0066】
上述のように、及び図4A〜5Bに示されるように、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ濾材の設計パターンの少なくとも1つの実施形態は、プリーツ形成が2つの異なる平面で生じ、図示された実施形態においては約45°ごとに互いに位相された又はオフセットされた交互パターンを含む。図5A〜5Bに示されるように、放射状の濾材プリーツのひだ付けの間に用いられる、図示された45°の位相は、放射状プリーツ濾材を互いに上下に比較的しっかりと積み重ねることができるので、典型的には、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の密度は増加する。特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツ媒体パック要素は、約250〜400のプリーツを含み、特定の実施形態においては約300〜350のプリーツを含む。
【0067】
本開示のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は内径と外径とを有する。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は、中央コア部材63の外径の上に位置付けられるように構成される。いくつかの実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の外径が約16.5cm(6.5インチ)の場合には、約6.4cm(2.5インチ)〜約9.5cm(3.75インチ)である。ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の外径の内径に対する比率は、外径が約16.5cm(6.5インチ)の場合には、約1.5〜約2.5である。1つの特定の実施形態において、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76の内径は約7.6cm(3.0インチ)である。
【0068】
フィルターカートリッジの構造
一般に上述したように、また図2、6及び7に最も良く図示されているように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54は一般に円筒形状であり、様々な形状に形作られたディスクの入れ子構成を有し、高流量フィルターカートリッジ54が垂直位にあり、閉端部キャップ66と開口端部キャップ65とがその中に設置された場合に、水平のひだ付きパターンに配置された放射状のプリーツ濾材のプリーツ77で作製された図示の(図5B)八角形のディスクを有する中央コア部材63備える。
【0069】
図3Aに示されるように、少なくとも一実施形態において、中央コア部材63は、押出ポリプロピレンで製造され、外部から中央コア部材63の中へ又は中央コア部材63から外へのいずれかの流量のための液体の流路を提供するための開口64を備える。図3Bに示されるように、中央コア部材63はまた、中央コア部材63の両端に位置付けられ、一実施形態においては、スピン溶接継ぎ手又は意図される使用環境において許容可能な性能を提供することができるあらゆる他の連結方法を含むがこれらに限定されない方法によって、最適強度の作動連結を提供するために、約1cm(0.25インチ)幅である、穴があけられていない円周リブ136、138を備える。
【0070】
1つの特定の例示の実施形態において、中央コア部材63の一端は、例えば、ハンドルような構造体140を有する閉端部キャップ66にスピン溶接され、他端は、Oリング142を有する開口端部キャップ65にスピン溶接される。上記のような種類のパーツを接合するための周知の組み立て技術であるスピン溶接プロセスを用いることにより、高流量フィルターカートリッジが意図される使用環境において許容可能な性能を提供可能であるようにするために、中央コア部材63とカートリッジ端部キャップ65、66の両方との間に十分強力な固着を提供することが、組み立てプロセスにおいて判明した。
【0071】
上記の通り、例示の高流量フィルターカートリッジ54は、開口64を有する中央コア部材63部材と、中央コア部材63部材の上に位置付けられるダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76と、中央コア部材63の一端に位置付けられてフィルターの流体を高流量フィルターカートリッジ54から出すための流体出口74を有する開口端部キャップ65と、構造体140を介して高流量フィルターカートリッジ54を高流量フィルターカートリッジハウジング52に連結し、かつ高流量フィルターカートリッジ54を高流量フィルターカートリッジハウジング52から取り外すためのハンドル140を備える閉端部キャップ66と、を備える。
【0072】
特定の実施形態において、本開示の高流量フィルターカートリッジ54において利用される単一のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素76は、同様な従来のフィルターカートリッジの特定の他の種類よりも、所与の容積でより大きな媒体の表面積及び/又はより長い耐用年数のための高い積載能力及び/又はより廉価な濾過を提供することが判明した。
【0073】
本開示の高流量濾過システム50の高流量フィルターカートリッジ54の1つの特徴は、中央コア部材63の内径の寸法である。例えば、中央コア部材63の内径を、約8cm(3インチ)を含むがこれに限定されない寸法まで、及びそれよりいくぶん大きく増大させることにより、本開示の高流量フィルターカートリッジ54、続いて高流量フィルターシステム50を通る流量が増加することが判明した。具体的には、本開示によると、中央コア部材63の直径が約8cm(3インチ)である単一の高流量フィルターカートリッジ54は、102cm(40インチ)の長フィルターカートリッジにおいて約1325lpm(350gpm)までの流体流量、及び152cm(60インチ)の長カートリッジにおいて約1893lpm(500gpm)までの流体流量を処理することが可能であることが判明した。
【0074】
具体的には、本開示の濾材の所与のスペース中の、より高い水準で使用可能な濾過表面積により、フィルターカートリッジ当たり約1893lpm(500gpm)までの流量が可能となり、使用するフィルターの数を減少させることが判明した。更に具体的には、流体から同量の混入物を濾過する場合、少なくともいくつかの先行技術のフィルターカートリッジが使用するよりも、本開示のシステムに従って製造される交換可能なフィルターカートリッジの使用数は少なく、これにより、使用される各カートリッジは破棄されるときに一定量の濾過された流体を保持するので製品損失が最小限となり、並びに/又は人件費、及び/若しくは廃棄処理経費、並びに/又は作業者の混入物への暴露、並びに/又はフィルターを取り換えるための休止時間が最小限となる。
【0075】
高流量フィルターハウジングの構造
図1に最も良く示されているように、本開示による高流量フィルターハウジング52は、具体的には、上記のように、コンパクトな設置面積で効率的な高流量濾過システムを供給するように設計される。ハウジングは、標準設計で、並びに、特定のニーズ合わせるためにカスタマイズ可能な構成で、及び、例えば、102cm(40インチ)及び152cm(60インチ)長の、1〜7個であるがこれに限定されないフィルターカートリッジ又は使用可能な数の高流量フィルターカートリッジ54を収容するための様々な寸法で製造されてもよい。本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング52はまた、上記のように、水平又は垂直構造に製造され得る。
【0076】
例えば、図15B及び15Cに示されるように、流量約1325lpm(350gpm)の流体を濾過するためには、高さ約76cm(30インチ)(about twenty four(24)thirty(30 inch)(76 cm))までの従来の直径7cm(2.5インチ)のプリーツフィルターカートリッジ200かそれ以上のものが必要であることがあり、必要なフィルターカートリッジ200を入れるためには、直径41cm(16インチ)までのフィルターハウジング202又はそれより大きなものが必要である。
【0077】
これに対し、図15Aに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ54が1個のみ必要であり、必要なのは直径約22cm(8.6インチ)のハウジングであり、先行技術のカートリッジハウジングの直径の約半分である。小さな外径は、フィルターハウジングを製造する際のコスト削減に直接つながる。具体的には、平面バッフルを利用する外径の大きなカートリッジハウジングとは対照的に、このように外径を小さくすることはそのまま、本開示の角度の付いた偏向板を利用する外径の小さなカートリッジハウジングを製造するために必要な金属の削減につながる。小さな外径を有するこのようなカートリッジフィルターハウジングは必然的に、工場の現場の設置面積の削減をもたらし、これにより同じ数のフィルターカートリッジを収容するのに必要な工場の現場スペースを削減し、ひいては他の機器又は業務に利用されるようにいくらかの工場の現場スペースを解放する。
【0078】
別の実施例において、図16B〜16Cに示されるように、流量約7571lpm(2000gpm)の流体を濾過するためには、高さ約76cm(30インチ)(about one hundred twenty(120)thirty(30 inch)(76 cm))までの従来の直径7cm(2.5インチ)のプリーツフィルターカートリッジ200かそれ以上のものが必要であることがあり、必要な競合フィルターカートリッジ200を入れるためには、直径91cm(36インチ)までのフィルターハウジング202又はそれより大きなものが必要である。
【0079】
これに対し、図16Aに示されるように、同じ流体を同じ流量で濾過するために、本開示の高流量カートリッジ54が7個のみ必要であり、必要なのは直径約61cm(24インチ)のハウジングであり、競合カートリッジハウジングの直径の約半分である。
【0080】
上記は、先行技術の特定の比較フィルターカートリッジ及びフィルターハウジングの構成と比べた場合の、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54及び高流量フィルターカートリッジハウジング52の構成の利益を示している。
【0081】
具体的には、本開示の高流量システムは、所与の流量で濾過するために、約90%まで少ないカートリッジを利用し、高流量ハウジングは、図示された競争力のある寸法のフィルターハウジングよりも約33%〜約50%小さい。
【0082】
図17A及び17Bは、上記の様々な実施例に関してカートリッジフィルターを取り換えるための時間/労力を示している。グラフから分かるように、図示された各実施例において、フィルターカートリッジの取り換えに要する典型的な時間/労力は、図示される競合の6.4cm(2.5インチ)カートリッジシステムよりも少なくとも50%に満たない。
【0083】
カートリッジ/ハウジングロック装置
本明細書に記載された高流量濾過システム50は、使い勝手を考えた設計であり得る。具体的には、使い勝手の良さの特徴の例には、多くの既知のシステムに比べて、フィルターカートリッジの設置及び取り外しを、工具又は他のハードウェアを使用せずに比較的簡単にする、使いやすくて人間工学的に設計されたハンドル140と、以下により詳細に記載するような、フィルターカートリッジハウジング52の高流量フィルターカートリッジ54とプラグベース150との間の確実な密封を確実なものとする、「ひねってロックする」傾斜の付いたフィルターカートリッジ密封装置148とが挙げられるが、これらに限定されず、以下により詳細に記述される。
【0084】
図14に示されるように、本開示の例示の高流量フィルターカートリッジ54の実施形態は、他の構成要素の中でも特に、密封Oリング142を有するキャップ65を備え、高流量フィルターカートリッジ54を、高流量フィルターカートリッジハウジング52内に位置付けられるプラグベース150(図1参照)へとガイドするための2つ以上の固定ラグ152、154を円周上に備える。
【0085】
本開示の高流量フィルターカートリッジハウジング52の1つの例示の実施形態は、図1に示されるように、角度付き傾斜形状、高流量フィルターカートリッジハウジング52内の底板160に永久的に溶接されている2つ以上の傾斜面156、158(図示せず)を有するプラグベース150を含む。密封Oリング142を有するフィルターカートリッジ開口端部キャップ65が高流量フィルターカートリッジハウジング52のプラグベース150に挿入されると、フィルターカートリッジ開口端部キャップ65は、フィルターカートリッジハウジング52の角度付き傾斜面156と一列に並ぶ。高流量フィルターカートリッジ54が、例えば、約90°回転で回転すると、高流量フィルターカートリッジハウジング52の角度付き傾斜面156は、高流量フィルターカートリッジ54を軸方向に引いてプラグベース150の中に入れ、その結果、Oリング142はプラグベース150と完全に係合し、こうして、フィルターカートリッジ54のフィルターカートリッジ開口端部キャップ65とフィルターカートリッジハウジング52との間の漏れ止め密封を確立する。
【0086】
本開示とともに有用であると考えられる例示のOリングは様々な材料で入手可能であり、例えば、デラウェア州ウィルミントン(Wilmington, Delaware)のデュポン・パフォーマンス・エラストマーLLC(DuPont Performance Elastomers LLC)から商品名「バイトン(VITON)」で入手可能な製品である、標準ブナN、エチレンプロピレンゴム(EPR)、シリコーン及びフルオロエラストマーが挙げられるが、これらに限定されない。
【0087】
当業者には既知であるように、フィルターカートリッジ54が長期間高流量フィルターカートリッジハウジング52の中に設置されていると(例えば、特定用途に応じて、カートリッジはフィルターハウジング内に、最低約1週間〜約3ヵ月、場合によっては更に長く設置され得る)、Oリング142はプラグベース150のOリング密封面162と固着してしまうと考えられる。このOリング/プラグベースの固着が起こると、プラグベース150のOリング密封面162とOリング142との間の比較的大きな摩擦が原因で、フィルターカートリッジ54をフィルターカートリッジハウジング52から取り外すためには、Oリング/プラグベースの固着が起こる前にフィルターカートリッジをフィルターカートリッジハウジング52から取り外すのに必要な力よりも、比較的強い力が必要である。
【0088】
高流量フィルターカートリッジ54を回転すると、Oリング142は、プラグベース150のOリング密封面162に対して回転しないが、軸方向に動き、高流量フィルターカートリッジ54のフィルターハウジングプラグベース150からの離脱をもたらすために必要なトルクを減少させ、これにより、高流量フィルターカートリッジ54の高流量フィルターカートリッジハウジング52からの取り外し及び交換が容易となることが観察されている。上記の特定の構成は、Oリング密封構造を有する既知のフィルターカートリッジの、まっすぐに押したり引いたりする設計に比べて、高流量フィルターカートリッジ54に関して比較的小さな設置及び取り外しのためのトルク力しか必要としないことが見出されている。
【0089】
図1は、プラグベース150内に完全に位置付けられた本開示の1つのフィルターカートリッジ54と、プラグベース150内に位置付けられようとしている又は取り外されるプロセスにある第2のフィルターカートリッジ54と、フィルターカートリッジハウジング52に第3のフィルターカートリッジ54を受容するであろう空のプラグベース150とを示している。
【0090】
高流量フィルターカートリッジ54をフィルターハウジングプラグベース150から離脱させるために、高流量フィルターカートリッジ54をフィルターカートリッジハウジング52内で、例えば、反時計回りに回転させると、Oリング142は、成形されたフィルターカートリッジ開口端部キャップ65上に形成されたOリング溝164の表面に対して実質的に同時にトラバースする一方で、プラグベース150のフィルターカートリッジハウジングのOリング密封面162に結合する。
【0091】
本明細書に開示されたシステム、物品、装置、並びにシステム、物品、及び装置の製造方法は、本開示の例示の実施形態を構成する一方で、本開示はこれらのまさにそのシステム、物品、装置、及び方法に限定されず、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変更がなされ得ることは理解されるべきである。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有する、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、フィルターカートリッジ。
【請求項2】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、102cm(40インチ)のフィルターカートリッジで約1325lpm(350gpm)までの流体流量で濾過される流体を処理することが可能である、請求項1に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項3】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、152cm(60インチ)の高流量用長フィルターカートリッジで約1893lpm(500gpm)までの流体流量で濾過される流体を処理することが可能である、請求項1に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項4】
前記フィルターカートリッジの前記外径が約15cmである、請求項1〜3に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項5】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、約250〜約400個のプリーツを備える、請求項1〜4に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項6】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、約300〜約350個のプリーツを備える、請求項1〜4に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項7】
前記コア要素の直径が、約6.4cm(2.5インチ)〜約8.9cm(3.5インチ)である、請求項1〜6に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項8】
前記コア要素の直径が、約7.6cm(3.0インチ)である、請求項1〜6に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項9】
前記コア要素が押出ポリプロピレンを含む、請求項1〜8に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項10】
前記コア要素が、前記コア要素の両端に隣接して位置付けられた円周リブを備える、請求項1〜9に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項11】
前記コアの一端に位置付けられて流体を前記コア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、前記コアの他端に位置付けられる閉端部キャップとを更に備える、請求項1〜9に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項12】
前記閉端部キャップが、前記開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるためのハンドルを更に備える、請求項11に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項13】
前記ダイヤモンド型プリーツフィルター要素が、不織布材料を含む濾材の少なくとも1つの層を備える、請求項1〜12に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項14】
前記不織布材料がブローンマイクロファイバーを含む、請求項13に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項15】
前記濾材の少なくとも1つの層が、少なくとも1つの追加の不織布濾材を更に含む、請求項13に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項16】
前記各プリーツの面が隣接したプリーツの面と密接する、請求項1〜15に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項17】
前記開口端部キャップが、フィルターカートリッジハウジングと係合するように構成された1個以上のラグを更に備える、請求項12に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項18】
内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素であって、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の該外径の該内径に対する比率が約1.5〜約2.5であり、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が不織布材料を含む濾材の少なくとも1つの層を備える、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項19】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約1.8〜約2.4である、請求項18に記載のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項20】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約2.0〜約2.3である、請求項19に記載のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項21】
少なくとも1個のフィルターカートリッジと、少なくとも1つの流体入口と、少なくとも1つの流体出口とをハウジングするための内部スペースを有する第1の構造体と、
前記第1の構造体内に位置付けられて前記第1の構造体内部に少なくとも1個のフィルターカートリッジを実装するための第2の構造体と、を備え、該第2の構造体が、前記少なくとも1個のフィルターカートリッジのラグと係合するように構成された少なくとも1つの傾斜面を備える、フィルターハウジング。
【請求項22】
前記第2の構造体に連結されかつ設置及び取り外しの間フィルターカートリッジを支持するように構成された多孔質スピンドルを更に備える、請求項21に記載のフィルターハウジング。
【請求項23】
前記第2の構造体が、前記第1の構造体内部に少なくとも3個のフィルターカートリッジを実装する、請求項21又は22に記載のフィルターハウジング。
【請求項24】
前記第2の構造体が、前記第1の構造体内部に少なくとも7個のフィルターカートリッジを実装する、請求項21又は22に記載のフィルターハウジング。
【請求項25】
前記フィルターハウジング内に位置付けられる少なくとも1個のフィルターカートリッジを更に備え、該フィルターカートリッジが、
内径と、2つの端部と、その中に形成された開口とを有するコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の該外径の該内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、請求項21〜24に記載のフィルターハウジング。
【請求項26】
少なくとも2つの傾斜面を備えるフィルターカートリッジハウジングに位置付けられることができるプラグベースと、
フィルターカートリッジに連結される開口端部キャップであって、該開口端部キャップ上に位置付けられる密閉構造体と、前記少なくとも2つの傾斜面と係合するように構成された少なくとも2個のラグと、を備える開口端部キャップと、
を備えるフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項27】
前記プラグベースが、該プラグベース上に位置付けられる密封面を更に備える、請求項26に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項28】
前記開口端部キャップが、該開口端部キャップに前記密封構造体を位置付けるために前記開口端部キャップ上に形成される密封構造体溝を更に備える、請求項25又は26に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項29】
前記密封構造体を有する前記端部キャップが、フィルターカートリッジハウジング内に位置付け可能な前記プラグベース内に挿入される際、前記開口端部キャップの前記少なくとも2個のラグが前記少なくとも2つの傾斜面と整列して、高流量フィルターカートリッジが回転すると、前記傾斜面が前記フィルターカートリッジを軸方向に引いて前記プラグベースの中に入れるようになる、請求項28に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項30】
前記傾斜面が、前記密封構造体が前記プラグベースと動作不能に係合する程度まで前記フィルターカートリッジを軸方向に引いて前記プラグベースの中に入れると、前記開口端部キャップと前記プラグベースとの間の漏れ止め密封が確立する、請求項29に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項31】
前記開口端部キャップが回転して前記プラグベースから離脱すると、実質的に同時に前記開口端部キャップ上に形成された前記密封構造体溝の表面に対してトラバースする一方で、前記密封構造体が前記プラグベースの密封構造体の密封面と結合する、請求項30に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項32】
前記開口端部キャップが回転して離脱すると、前記密封構造体が軸方向に動き、これにより、前記開口端部キャップの前記プラグベースからの離脱をもたらすために必要なトルクを減少させる、請求項31に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項33】
内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられる内径と外径とを有するフィルター要素と、
前記コア要素の一端に位置付けられて、流体を前記コア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップであって、フィルターカートリッジハウジングと係合するように構成された1個以上のラグを備える、開口端部キャップと、
前記コア要素の前記開口端部キャップの反対端に位置付けられる閉端部キャップであって、前記開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるためのハンドルを備える、閉端部キャップと、を備えるフィルターカートリッジ。
【請求項34】
前記外径の前記内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、請求項33に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項1】
内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有する、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、フィルターカートリッジ。
【請求項2】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、102cm(40インチ)のフィルターカートリッジで約1325lpm(350gpm)までの流体流量で濾過される流体を処理することが可能である、請求項1に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項3】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、152cm(60インチ)の高流量用長フィルターカートリッジで約1893lpm(500gpm)までの流体流量で濾過される流体を処理することが可能である、請求項1に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項4】
前記フィルターカートリッジの前記外径が約15cmである、請求項1〜3に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項5】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、約250〜約400個のプリーツを備える、請求項1〜4に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項6】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が、約300〜約350個のプリーツを備える、請求項1〜4に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項7】
前記コア要素の直径が、約6.4cm(2.5インチ)〜約8.9cm(3.5インチ)である、請求項1〜6に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項8】
前記コア要素の直径が、約7.6cm(3.0インチ)である、請求項1〜6に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項9】
前記コア要素が押出ポリプロピレンを含む、請求項1〜8に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項10】
前記コア要素が、前記コア要素の両端に隣接して位置付けられた円周リブを備える、請求項1〜9に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項11】
前記コアの一端に位置付けられて流体を前記コア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップと、前記コアの他端に位置付けられる閉端部キャップとを更に備える、請求項1〜9に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項12】
前記閉端部キャップが、前記開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるためのハンドルを更に備える、請求項11に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項13】
前記ダイヤモンド型プリーツフィルター要素が、不織布材料を含む濾材の少なくとも1つの層を備える、請求項1〜12に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項14】
前記不織布材料がブローンマイクロファイバーを含む、請求項13に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項15】
前記濾材の少なくとも1つの層が、少なくとも1つの追加の不織布濾材を更に含む、請求項13に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項16】
前記各プリーツの面が隣接したプリーツの面と密接する、請求項1〜15に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項17】
前記開口端部キャップが、フィルターカートリッジハウジングと係合するように構成された1個以上のラグを更に備える、請求項12に記載のフィルターカートリッジ。
【請求項18】
内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素であって、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の該外径の該内径に対する比率が約1.5〜約2.5であり、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素が不織布材料を含む濾材の少なくとも1つの層を備える、ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項19】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約1.8〜約2.4である、請求項18に記載のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項20】
前記ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の前記外径の前記内径に対する比率が約2.0〜約2.3である、請求項19に記載のダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素。
【請求項21】
少なくとも1個のフィルターカートリッジと、少なくとも1つの流体入口と、少なくとも1つの流体出口とをハウジングするための内部スペースを有する第1の構造体と、
前記第1の構造体内に位置付けられて前記第1の構造体内部に少なくとも1個のフィルターカートリッジを実装するための第2の構造体と、を備え、該第2の構造体が、前記少なくとも1個のフィルターカートリッジのラグと係合するように構成された少なくとも1つの傾斜面を備える、フィルターハウジング。
【請求項22】
前記第2の構造体に連結されかつ設置及び取り外しの間フィルターカートリッジを支持するように構成された多孔質スピンドルを更に備える、請求項21に記載のフィルターハウジング。
【請求項23】
前記第2の構造体が、前記第1の構造体内部に少なくとも3個のフィルターカートリッジを実装する、請求項21又は22に記載のフィルターハウジング。
【請求項24】
前記第2の構造体が、前記第1の構造体内部に少なくとも7個のフィルターカートリッジを実装する、請求項21又は22に記載のフィルターハウジング。
【請求項25】
前記フィルターハウジング内に位置付けられる少なくとも1個のフィルターカートリッジを更に備え、該フィルターカートリッジが、
内径と、2つの端部と、その中に形成された開口とを有するコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられた内径と外径とを有するダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素と、を備え、該ダイヤモンドパターンに配列された管状プリーツフィルター要素の該外径の該内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、請求項21〜24に記載のフィルターハウジング。
【請求項26】
少なくとも2つの傾斜面を備えるフィルターカートリッジハウジングに位置付けられることができるプラグベースと、
フィルターカートリッジに連結される開口端部キャップであって、該開口端部キャップ上に位置付けられる密閉構造体と、前記少なくとも2つの傾斜面と係合するように構成された少なくとも2個のラグと、を備える開口端部キャップと、
を備えるフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項27】
前記プラグベースが、該プラグベース上に位置付けられる密封面を更に備える、請求項26に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項28】
前記開口端部キャップが、該開口端部キャップに前記密封構造体を位置付けるために前記開口端部キャップ上に形成される密封構造体溝を更に備える、請求項25又は26に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項29】
前記密封構造体を有する前記端部キャップが、フィルターカートリッジハウジング内に位置付け可能な前記プラグベース内に挿入される際、前記開口端部キャップの前記少なくとも2個のラグが前記少なくとも2つの傾斜面と整列して、高流量フィルターカートリッジが回転すると、前記傾斜面が前記フィルターカートリッジを軸方向に引いて前記プラグベースの中に入れるようになる、請求項28に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項30】
前記傾斜面が、前記密封構造体が前記プラグベースと動作不能に係合する程度まで前記フィルターカートリッジを軸方向に引いて前記プラグベースの中に入れると、前記開口端部キャップと前記プラグベースとの間の漏れ止め密封が確立する、請求項29に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項31】
前記開口端部キャップが回転して前記プラグベースから離脱すると、実質的に同時に前記開口端部キャップ上に形成された前記密封構造体溝の表面に対してトラバースする一方で、前記密封構造体が前記プラグベースの密封構造体の密封面と結合する、請求項30に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項32】
前記開口端部キャップが回転して離脱すると、前記密封構造体が軸方向に動き、これにより、前記開口端部キャップの前記プラグベースからの離脱をもたらすために必要なトルクを減少させる、請求項31に記載のフィルターカートリッジ密封装置。
【請求項33】
内径と2つの端部とを有するコア要素であって、開口が形成されているコア要素と、
該コア要素の周囲に位置付けられる内径と外径とを有するフィルター要素と、
前記コア要素の一端に位置付けられて、流体を前記コア要素の中に又は外に移動させるための開口端部キャップであって、フィルターカートリッジハウジングと係合するように構成された1個以上のラグを備える、開口端部キャップと、
前記コア要素の前記開口端部キャップの反対端に位置付けられる閉端部キャップであって、前記開口端部キャップをフィルターハウジング内に位置付けるためのハンドルを備える、閉端部キャップと、を備えるフィルターカートリッジ。
【請求項34】
前記外径の前記内径に対する比率が約1.5〜約2.5である、請求項33に記載のフィルターカートリッジ。
【図1】
【図2】
【図3A−3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【図2】
【図3A−3C】
【図3D】
【図3E】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16A】
【図16B】
【図16C】
【図17A】
【図17B】
【公表番号】特表2010−521300(P2010−521300A)
【公表日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−554669(P2009−554669)
【出願日】平成20年3月14日(2008.3.14)
【国際出願番号】PCT/US2008/057084
【国際公開番号】WO2008/115818
【国際公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【出願人】(505005049)スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成22年6月24日(2010.6.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年3月14日(2008.3.14)
【国際出願番号】PCT/US2008/057084
【国際公開番号】WO2008/115818
【国際公開日】平成20年9月25日(2008.9.25)
【出願人】(505005049)スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Fターム(参考)】
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