多重ろ過カートリッジろ過装置

专利摘要:
入り口（１４）及び出口（１６）、を有するハウジングと、螺旋巻きした複数のろ過カートリッジ（１８、２４）とを含むろ過装置が提供される。ろ過カートリッジは、２つの層と、送給物スペーサ層と、浸透物スペーサ層と、を含む。送供物及び浸透物の前混合を防止し、デッドエンドろ過モードにおける浸透物回収を許容するシールが提供される。
公开号:JP2011510814A
申请号:JP2010545837
申请日:2008-11-06
公开日:2011-04-07
发明作者:グレゴリー・ストライファー；ケヴィン・ラウティオ
申请人:ミリポア・コーポレイションＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；
IPC主号:B01D29-07

专利说明:

[0001] 本発明は、多重螺旋巻き式のろ過カートリッジを用いるろ過装置に関し、２００８年２月８日付で提出された米国仮出願特許第６１／０６５，１１７号の便益を主張するものである。]
背景技術

[0002] ろ過は、使用するフィルタの面積を最大化し、フィルタ構造の容積を最小化した上で実施することが望ましいが、それを実現する一般的手段は、フィルタ層を有する多数の層材をきつく螺旋巻きして液体が一方の螺旋端から導入され他方の螺旋端から除去されるように形成したシリンダである。導入される全液体はフィルタ媒体通過後に除去されるべきである、即ち、導入された液体が、フィルタ媒体を通過することなく、巻装したフィルタ材間の空間を単純通過するのが防止されるべきである。当該構造は例えば米国特許第３，９６２，０９７号に記載される。]
[0003] 螺旋巻き構造には膜の脆性に基づく問題、例えば、限外ろ過膜におけるフィルタカートリッジ製造中の破断等の問題がある。
ある方法では螺旋巻きフィルタは、折り返してＶ字状の２つのフィルタ層とした膜フィルタ層と、篩層との多重層から形成する。多重積層構造の各膜層及び篩層を平坦方向において糊付けし、次いで孔開けコア上にロール状に巻き付ける。各層は送供物及び浸透物用の各篩から形成する。螺旋巻き状フィルタを形成するロール巻き操作中、膜層の持つ粘性により、各膜層は相互に摺動するよりはむしろ皺を生じる傾向がある。その結果、一体保持性が低下する。比較的短い透過チャネル（長さ約４５．７ｃｍ（約１８インチ））の通過流れにおいて測定された寄生損失は無視し得るものであり、流れ特性は良好である。]
[0004] 他の方法では、１枚の長い薄片で螺旋状装置を構成する。糊付けはロール形態においてのみ実施する。これにより薄片数は１枚に限定されるが、ロール状巻き付け時の膜上応力が低減される。単一層フォーマットにおいて当該技法により作製した装置には一体性が有る。しかしながら、浸透物チャネルが長い（約１０１．６ｃｍ（約４０インチ））ことから、当該チャネルにおける、主に大きな圧力低下による寄生損失は受け入れざる程に大きい。]
先行技術

[0005] 米国仮出願特許第６１／０６５，１１７号明細書
米国特許第３，９６２，０９７号明細書]
発明が解決しようとする課題

[0006] 十分な浸透物生成容量を提供しつつ浸透物流れ損失を最小化させる、螺旋巻きフィルタカートリッジ構造を用いるろ過装置を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0007] 本発明によれば、入口及び出口を有するハウジングと、該ハウジング内に位置決めした複数のろ過カートリッジと、を有するろ過装置が提供される。ろ過カートリッジは、孔開けコアの周囲に巻装した複数の平坦層材を含む。平坦層材は平坦フィルタシートをＶ字状に折り畳み形成した２つのフィルタ層を含む。送給物スペーサ層と、浸透物スペーサ層とを含む流体透過性の層も設けられる。フィルタ層と送給物スペーサ層とは孔開けコアに接着される。浸透物スペーサ層はフィルタ層を通過する浸透物を受け、受けた浸透物を孔開けコア内に配向するべくシールされる。送給物スペーサ層は、流体送給物を受け且つ受けた流体送給物をフィルタ層を通して配向するべくシールされる。ろ過カートリッジは送給物及び浸透物の前混合を防止するべくシールされる。]
図面の簡単な説明

[0008] 図１は、本発明のろ過装置の斜視図である。
図２は、浸透物形成のための流体流れを例示する、図１のろ過装置の断面図である。
図３は、本発明のろ過カートリッジの分解図である。
図４は、本発明のろ過カートリッジの形成方法の略ダイヤグラム図である。
図５は、本発明のろ過カートリッジで使用し得る追加的な浸透物スペーサ層の斜視図である。
図６は、本発明のろ過カートリッジの部分断面図である。
図７は、送給物スペーサ層及び浸透物スペーサ層に関する接着模様の例示図である。
図８は、本発明の浸透物スペーサ層の交互する接着模様の例示図である。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６ 図７ 図８
実施例

[0009] 図１を参照するに、本発明のろ過装置１０が示され、入口１４及び出口１６、複数、好ましくは５〜６のろ過カートリッジ１８、２０、２２、２４、２６とを有するハウジング１２を含んでいる。
ろ過装置内の流体流路を図２、３、６、７を参照して以下に詳しく説明する。図示の如く、流入する流体送給物３９が入口１４を通してハウジング１２に入る。流体送給物はろ過カートリッジ１８、２０、２２、２４、２６にその上面及び底面位置から流入し、次いで送給物スペーサ層２８に入る。流体送給物をろ過カートリッジにその上面及び底面位置から流入させると、送給物流路に沿った所望されざる圧力損失が流体送給物を上面または低面のみから流入させる場合と比較して低減される。浸透物スペーサ層３２の上面３０はハウジング１２の内側からシール３１によりシールされる。ろ過層３３及び３４は送給物スペーサ層２８と浸透物スペーサ層３２との間に位置決めされる。送給物スペーサ層２８及び浸透物スペーサ層３２の各底面２９及び３５はシール３６及び３７によりシールされる（図７）。送給物スペーサ層２８はサイドシール４３及び４５を含む。浸透物スペーサ層３２はサイドシール４２を含む。ろ過カートリッジ１８、２０、２２、２４、２６の各外側面は流体不透過性シート３８によりシールされる（図２）。流入する流体送給物３９は、各ろ過カートリッジ１８、２０、２２、２４、２６間の空間４０を充填し（図２）、次いで、螺旋巻きした送給物スペーサ層２８を通して矢印４３で示す如く各ろ過カートリッジ内に入る。送給物３９はろ過層３３及び３４を通過した後、浸透物４４を形成する。浸透物４４は、矢印４６で示す如く浸透物スペーサ層３２内の螺旋通路を移動し、コア５０の孔４８を通過する。浸透物は、更に通路５２（図２）を通過した後、矢印５４で示す如く出口１６から出る。] 図１ 図２ 図７
[0010] ろ過層はＶ字状フィルタシートから成るフィルタ層を１層以上含み得る。各フィルタ層はＶ字交差部５５（図３）位置で相互に接着され得る。２つ以上のＶ字状フィルタシートを相互接触状態に位置決めしてろ過層３３及び３４とするのが好ましい。
図４を参照するに、本発明の螺旋巻き多層フィルタカートリッジの形成プロセスが示される。ろ過層３３及び３４は接着剤等を使用してＶ字交差部位置に形成される。ろ過層３３はロール５７から巻き解かれ、ろ過層３４はロール５８から巻き解かれる。送給物スペーサ層２８はロール５９から巻き解かれ、浸透物スペーサ層３２はロール６０から巻き解かれる。送給物スペーサ層２８及び浸透物スペーサ層３２は図７に示す如くシールされる。] 図３ 図４ 図７
[0011] Ｖ字交差部５５はコア５０に接着される。あるいは、浸透物スペーサ層が、孔４８を通しての浸透物流れを促進させつつコア５０への接着を促進させる、離間した複数のシール６１及び６２を含み得る。
本発明の、単一のスペーサ層を有するろ過カートリッジは、その螺旋巻き方向の長さが約６１ｃｍ（約２４インチ）未満、好ましくは約４１〜５１ｃｍ（約１６〜２０インチ）、最も好ましくは約４６ｃｍ（約１８インチ）である場合に有効ろ過を提供する。
図５を参照するに、第２浸透物スペーサ層３２ｂが示される。第２浸透物スペーサ層３２ｂは浸透物スペーサ層３２に隣接して位置決めされ、図４に示す如くロール状とされている。これにより、浸透物スペーサ層厚が増大され、浸透物流れが促進される。] 図４ 図５
[0012] 送給物スペーサ層及び浸透物スペーサ層は、大きな空隙容量を持つ織ったまたは不織の何れかの材料を含み得る。前記材料は、高い入口圧力を必要とすることなく、流体のエッジ方向流れに関して適度に高い流量における浸透性を有する。また、スペーサ層は、十分な流量を許容するには十分であるが、所定のフィルタ容量のためのフィルタ表面積及びフィルタ容量を実質的に減少させない程度の厚さを有するべきである。スペーサ層の厚さは約０．０５〜０．０７ｃｍ（約０．０２０〜０．０３０インチ）であることが好ましい。好適なスペーサ層は２組の平行なプラスチックストランドにより形成したネットを含み、前記２組のプラスチックストランドの一方は他方のプラスチックストランドの１表面上に、各プラスチックランド組がある角度で交差する配列下に横設される。好適なネットは、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ ｄｅＮｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏ．より“Ｖｅｘａｒ”の商標下に入手可能である。前記ストランドは一般に円形断面を有する。前記ストランドは、２つの平坦なフィルタ層に隣り合わせて配置すると、各ストランド組が隣り合うフィルタ層の一方のみと接触し、かくして流体はスぺーサ層内及び隣り合う２つのフィルタ層間内を容易に通過し得る。]
[0013] フィルタ層は、フィルタを破損することなくコアの周囲に巻装し得るに十分な柔軟性を有すべきである。フィルタ材料はその多くが当該目的上十分な柔軟性を有するが、幾つかのものは脆過ぎて使用に耐えず、多層ウェブに組み込む以前に改変する必要がある。それらのフィルタ材料には、セルロースアセテートやセルロースニトレート等のセルロースエステルから形成され、平均孔径が約０．０２５マイクロメートルもの小ささであるサブマイクロメートル範囲に渡る微孔質限外ろ過フィルタが含まれる。当該微孔質限外ろ過フィルタはＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎにより市販され、Ｃｅｌｏｌａｔｅ（商標名）フィルタ、Ｄｕｒａｌｏｎ（商標名）フィルタ、Ｍｉｔｅｘ（商標名）フィルタ、Ｐｏｌｙｖｉｃ（商標名）フィルタ、Ｓｏｌｖｉｎｅｒｔ（商標名）フィルタ、Ｍｉｃｒｏｗｅｂ（商標名）フィルタ、が含まれる。これらのフィルタを十分柔軟化させるためには、ポリエステル繊維などから形成した織布等の２枚の柔軟な多孔質材料間に、ポリエステル、ポリエチレンまたはポリアミド繊維等のヒートシール可能な樹脂繊維で形成したネット状接着剤と共に積層し得る。しかしながら、本発明は限外ろ過フィルタ層又は微孔質フィルタ層の使用に限定されるものではなく、図示された所望形態に巻装し得る任意の平坦なフィルタ媒体の使用を含むものとする。
使用する接着剤の形式及び量は、塗布した接着剤はフィルタ層内に侵入するがフィルタ層を貫通はせず、かくして、フィルタ層の一方の表面をシールしても反対側の表面はシールしないようなものである。エポキシ又はポリウレタンベースの接着剤が所望のシールを提供するために特に有益である。]
[0014] １０ 過装置
１２ハウジング
１４ 入口
１６出口
１８ ろ過カートリッジ
２８ 送給物スペーサ層
２９ 底面
３０ 上面
３１シール
３２浸透物スペーサ層
３２ｂ 第２浸透物スペーサ層
３３、３４ろ過層
３６ シール
３８流体不透過性シート
３９流体送給物
４０ 空間
４２、４３サイドシール
４４浸透物
４８ 孔
５０コア
５２通路
５５ Ｖ字交差部
５７、５８、５９、６０、６１ ロール]

权利要求:

請求項1
ろ過装置であって、入り口及び出口を有するハウジングと、入り口手段及び出口手段を有する複数のろ過カートリッジにして、穴あけコアと、螺旋巻きした多数の層材料にして、対向する２つの螺旋端部表面を有する２つの層材料にして、１枚のフィルタシートを折り曲げて形成した２つの平坦なフィルタ層を含む層材料と、浸透物スペーサ層及び送供物スペーサ層と、各フィルタ層における、前記浸透物スペーサ層と接触する第１表面及び、各フィルタ層における、前記送供物スペーサ層と接触する第２表面と、を含み、前記送供物スペーサ層が、流体送供物の前記送供物スペーサ層への流入及び前記フィルタ層の通過を許容するべくシールされ、前記浸透物スペーサ層が、前記フィルタ層からの浸透物を受け、受けた浸透物を前記コア内に配行するべくシールされるろ過装置。
請求項2
フィルタカートリッジ数が５及び６の間である請求項１のろ過装置。
請求項3
浸透物スペーサ層の螺旋巻き方向での長さが約６１ｃｍである請求項１のろ過装置。
請求項4
浸透物スペーサ層の螺旋巻き方向での長さが約４１〜５１ｃｍである請求項１のろ過装置。
請求項5
浸透物スペーサ層の螺旋巻き方向での長さが約４６ｃｍである請求項１のろ過装置。
請求項6
平坦なフィルタ層が限外ろ過膜である請求項１のろ過装置。
請求項7
平坦なフィルタ層が微孔質膜である請求項１のろ過装置。
請求項8
各ろ過カートリッジのコアがハウジングの出口に通路により接続される請求項１のろ過装置。
請求項9
ハウジング入り口の流体送供物がろ過カートリッジにその上面及び底面から流入し、次いで当該ろ過カートリッジの送供物スペーサ層に入る請求項１のろ過装置。