JP4668504B2 - フィルター装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は請求項１の前文に記載された特徴を有するフィルター装置に関する。
【０００２】
米国特許第３，３４４，９２３号は中空円筒体の形式の２つのフィルター要素を有するフィルターユニットを記載しており、この両方のフィルター要素は同一のろ過度のものであり、フィルター要素はその長手方向の軸線が整列されるように共通のハウジングの中に取付けられている。この２つのフィルター要素はその長手方向の軸線を横切って延びる仕切り装置によって相互に分離されており、同時に浄化されるべき流体の流れの方向でフィルター材料の上流側に位置するフィルター空間（ろ過されない流体の空間）が２つの部分空間に分割され２つの部分空間の間には仕切り装置に取付けられた弁により流体を連通させる連結部が形成されている。この弁はバイパス弁の性質を有し最初は閉じられており、汚損が増しそれにより流体の流れる方向で見て第１のフィルター要素の透過性を減じる結果として一定の圧力差が２つの部分空間の間に生じた時にのみ、この弁の開放が生じる。予備ユニットとして作用する第２のフィルター要素が第１のフィルター要素の機能を次第に発揮することができまたこのようにして中断しない故障のないろ過作用を保証する。中断のないろ過作用は異なるろ過性能の１次流フィルターと２次流フィルターによっては行われない。
英国特許公開第８６０８７１号は、流体の流れとそれに伴う、第１又は第２のフィルター要素と結合される２つの部分空間の間の圧力関係とが、ろ過されない材料の空間の中とろ過液空間側との両方に得られる一般的なフィルター装置を開示している。ここで２つのフィルター要素から出てくる２つのろ過液の部分的な流れが最初、その狹い方の端部が微細のしたがって透過性の低いフィルター要素から放出されたろ過液の部分的な流れのための出口開口に堅く連結された先が細くなったらせんスプリングにより、別々に案内される。らせんスプリングの広い方の自由端が、粗いしたがってより容易に透過可能なフィルター要素の部分的なろ過液が内部に放出されるスプリングの周囲の空間に弛く連結される。透過の容易なフィルター要素はらせんスプリングの開放端にうず巻きを発生し、このうず巻きはらせんスプリングの内部に吸引作用を生じる。微細なフィルター要素から粗いフィルター要素のろ過液の部分流れの中へのろ過液の部分流れの流入がこの結果促進される。流体の流速の増加と共に増大する吸引効果は最後にらせんスプリングの長手方向軸線の方向に前もって閉じられているらせんスプリングの巻いた部分を分離させ、それによりらせんスプリングに沿った２つのろ過液の部分流れの分離がなくなりそしてうず巻きの形成に伴う圧力の減少が制限される。この従来の方法が適用された時、流体の通過量が非常に低くまた非常に高い時に１次流フィルターのみが使用され、また１次フィルターに並列に取付けられた２次フィルターによるろ過は中間の適度の流体通過領域においてのみ開始されるが、この方法は全体としてろ過作用の間のろ過液の純度にとって不利である。このろ過作用の間２次フィルターの使用は行われない。
この従来技術に基づき、本発明の目的は一般的なフィルター装置を改良しそれによりろ過液の増大した純度が実際に全ろ過工程の間フィルター要素の特定のろ過度ごとに達成できるようにすることである。
本発明は、請求項１の前文に記載されているように、他方の通過個所の絞り個所が粗いろ過度のフィルター要素の内部に予圧力の増加をもたらす適用可能な閉鎖圧力が得られる流体弁の形式であることを請求している。このようにして得られた結果は、フィルター装置の全ての作動状態のもとで、すなわち各流体処理能力に関係なくろ過されるべき流体の比較的高い割合が微細なろ過度のフィルター要素を通って導入され、それにより放出されるろ過液の流れの全体としての純度が増進されるようにすることである。
上記の特徴はいわゆる１次流と２次流のフィルターを１つのフィルターハウジングの中で組合わすことができるようにし、使用されたフィルター材料の異なるろ過度のため、粗いろ過度のフィルターが１次流フィルターとして作用しまたそのため粒子が除去される流量の大部分を受け入れ、一方これに対し微細なろ過度のフィルター要素が小流量から粒子を除去する。１次流フィルターと２次流フィルターとによるこの浄化作用は浄化されるべき流体の容量の大きな部分が粗いろ過を受けても非常に良好な品質をもたらし、本発明のフィルター装置は構造が非常にコンパクトでありまた概して少数の構造要素を必要とするにすぎない。この条件は作動の信頼性を増すとともに製造、取付け、及び保守のコストを低減するものである。高い精度の流量の分割は１次及び２次の流れのろ過にとって仕切り装置の内部の所定断面の通過個所によって達成され、これが清掃されるべき流体のろ過の品質を向上させるものとなる。
【０００３】
本発明のフィルター装置の好ましい実施態様では、フィルターハウジングは浄化されるべき流体のための入口個所と浄化されるべき流体のための出口個所とを有し、粗いろ過度のフィルター要素が入口個所に近接して取付けられ微細なろ過度のフィルター要素が出口個所に近接して入口個所の反対側に取付けられている。この結果、入口個所から出口個所にフィルターを通過する流体の流れは特に好ましいものとなる。
【０００４】
本発明のフィルター装置の他の好ましい実施態様においては、仕切り装置はフィルターハウジングに連結されてシールを行う分離プレートを有し、ハウジングが２つの隣接するハウジング部分に分割され、隣接するフィルター要素の端部は分割プレートと接触しており、分割プレートはこれらフィルター要素の内部を連結するための追加の通過個所が設けられている。一方のハウジング部分の空間は入口個所に連結され流体を導入するろ過空間を有し、これに対し微細なろ過度のフィルター要素を収容する他方のハウジング部分の空間はこのフィルター要素により出口個所に連結され流体を導く他のろ過空間を有している。さらに、一方のろ過空間は通過個所により他方のろ過空間に連結され流体を導くようにしている。全体として特にコンパクトな構造のフィルター装置が得られ、この構造はそれ自体の完全なフィルターハウジングを必要とせず、しかしまた一体化されたろ過ジョッキによりタンク側面に取付けるのに適している。
【０００５】
本発明のフィルター装置の他の特に好ましい実施態様においては、フィルター要素はフィルターハウジングの内部に相互に同軸に取付けられまたその自由端が相互に離れて対面するように要素受け入れ部に導入される。フィルター要素のフィルター材料は好ましくは、モジュール構造でフィルター要素の様々な長手方向の寸法に適合できる支持要素の上に載っている。このようにして、モジュール構造が本発明のフィルター装置全体を構成することができ、この構造は広範囲の適用例に対して費用効果的に適合できる。
【０００６】
本発明のフィルター装置の他の特に好ましい実施態様においては、一方の通過個所はわん曲した通路部分からなり他方の通過部分は流れ抵抗が粗いろ過度のフィルター要素にとって増大されるような絞り個所を有している。対応の絞り機能がまた第１の通過個所に付与されそれにより１次流フィルターの汚損に関する実際の状態とは関係なく２次流フィルターの効力を保証するようにしている。特にフィルター装置の絞り個所の内部の容積流は調整されそれにより１次流のろ過と２次流のろ過との合理的な分割が行われるようにする。絞り個所に関し、追加の通過個所は好ましくは付加可能な閉鎖ばね圧力を閉鎖要素に追加の通過個所の方向に加える流体弁の形式である。この結果、一種の予め圧力をかけた状態が粗いろ過度のフィルター要素を有するハウジングの部分空間に発生しまたろ過されるべき流体が選択された予圧の関数として、絞り個所として作用する第１の通過個所を通って２次流のろ過のためのハウジングの部分空間の間の仕切りの中へと適当に通過するようにされる。
【０００７】
本発明のフィルター装置の他の好ましい実施態様においては、粗いろ過度の少なくともフィルター要素にバイパス弁が設けられている。この実例において、１次流フィルターの完全な詰まりが生じたならば、バイパス弁が開き流体の供給が続行されるのを保証するが、これは装置が適当に流体機械の器具又は用具の上流側に挿入された場合に重要である。しかし、２次流のろ過はバイパス状態には関係なく限られた範囲でのみ随意に続けられる。好ましくは、フィルター材料の少なくとも１つ、好ましくは微細なろ過度のフィルター材料が水分吸収特性を有するようにされる。この結果、有害な水分を１次及び２次流のろ過におけるフィルター装置による流体の循還から取除くことができるようになる。
【０００８】
通過個所を、微細なろ過度のフィルター要素を通過する２次流として流れる容量で１の部分が粗いろ過度のフィルター要素を通過する１次流の容量で８から１０の部分に対応するように設計するのが特に有利であることが分かった。
【０００９】
本発明のフィルター装置は概略図でかつ一定尺度に従っては描かれていない図面を参照して以下に詳細に記載される。
【００１０】
図１に示されるフィルター装置は全体が１０で示されるフィルターハウジングを有している。２つのフィルター要素１２，１４がフィルターハウジングの中に上下に重ねて取付けられる。このフィルター要素１２，１４はろ過度が相互に異なることを特徴としている。これらのろ過度は、異なるフィルター材料１６を用いることにより又は同じフィルター材料１６が用いられるが異なる透過性を有していることにより、決定される。フィルター材料１６は中空円筒体の形式としてもよいが、好ましくはひだをつけたフィルターマット、すなわちアコーディオンのように折られたマットの形式とする。特に、プラスチック物質のフィルター材料１６がこの適用例では使用される。
【００１１】
２つのフィルター要素１２，１４は仕切り装置１８により空間的にまた流体の外部からの導入に関して相互に部分的に分離されている。この仕切り装置１８の拡大頂面図が図３に示されている。しかしこの２つの隣接するフィルター空間２０，２２の間の流体導通連結のため、この仕切り装置は浄化されるべき流体のためのフィルター装置の内部で流体自体の流れの方向でフィルター材料１６の上流側に通過個所２４を有している。フィルターハウジング１０は浄化又はろ過される流体のための入口個所２６と浄化された流体のための出口個所２８とを有している。粗いろ過度のフィルター要素１２がこの入口個所２６に近接した対向側に取付けられ一方微細なろ過度のフィルター要素１４が出口個所２８に近接した対向側に取付けられるようにする。入口個所２６と出口個所２８とは入口及び出口フランジの形式であり、これらフランジは適当なねじ連結によりハウジング自体１０に連結されている。フランジ状の入口個所２６は流体回路内部の汚れた流体を運ぶ流体供給部に連結され先方にテーパーがつけられフィルター空間２０の方向に入口の流れを促進するようにしている。
【００１２】
さらに、入口個所２６はフィルターハウジング１０の上側カバープレート３２に対向するよりもフィルターハウジング１０の中で仕切り装置１８により近接して取付けられている。カバープレート３２はまた図示しないねじ連結により中空円筒状のフィルターハウジング１０の残り部分に連結され通常のＯリングにより中空円筒壁からシールされている。このフィルター装置はカバープレート３２の上端のシール連結部により換気され、又は例えば、図示されない流体汚損計に連結される。いずれにしても、カバープレート３２を取外した後は、フィルター要素１２と１４を収容するフィルターユニット自体を汚損が特定の水準に達した時に新しいユニットに取替えることができる。さらに、カバープレート３２はその内側に、連結リングの形式の一部材に一緒に接合することのできる内側に向けられた取付け連結部３６を有している。
【００１３】
仕切り装置１８は本質的にはフィルターハウジング１０の内部に連結されシール作用を生じる分離プレート３８からなっている。この目的で分離プレート３８はその外周面の上に延びる溝つき環状通路４０を有し、この通路４０の中に普通のＯリング４２が導入されシールを行うようにする。分離プレート３８は好ましくは射出されたプラスチック要素の形式でありまたそのため費用効果的に製造することができる。この分離プレート３８に基づきフィルターハウジング１０は２つの隣接したハウジング部分空間４４，４６に分割され、図１に示されるような相互に対面する端部を有する隣接フィルター要素１２，１４は、フィルター要素１２，１４の内部４８を他の通過個所５０に連結するために設けられた分離プレート３８と前方で接触している。粗いろ過度のフィルター要素１２を有する一方のハウジング部分空間４４は、入口個所２６に直接連結され流体を導入するフィルター空間２０を有している。一方において微細なろ過度のフィルター要素１４を有する他方のハウジング部分空間４６は、このフィルター要素１４により出口個所２８に連結され流体を導通する他方のフィルター空間２２を有している。フィルター要素１２，１４はフィルターハウジング１０の内部に相互に同軸に、すなわち共通の長手方向軸線に沿って取付けられる。
【００１４】
図１と２に直線で見られる上側フィルター要素１２にとって選択された長手方向の寸法は隣接する他方のフィルター要素１４の長手方向の寸法より若干大きくなっている。さらに、相互に離れた方のフィルター要素１２，１４の自由端は各フィルター要素１２，１４の内部の支持パイプ５６に連結された要素受け入れ部５４の中に導入されている。これら支持パイプ５６は支持要素を形成するため、その間に自由の流体通過個所を区画する別個の支持板５８を有する。支持パイプ５６はモジュール形式とすることができ、すなわち支持パイプは相互に接合される個々の区分要素、要求された長手方向の寸法の関数として順次取付けられる要素で構成することができる。さらに、支持パイプ５６はプラスチック材料の形式でありまた内部に相互に向って直径方向に延びる支持スタッド（支柱）６０を有する。支持パイプ５６のこの結合構造は当該技術においては公知であるため本発明ではこの点について詳細な説明はしない。支持スタッド６０はいずれにしろ各フィルター要素１２，１４の内部の流体の流れに特定の方向を与え、これがろ過作用におけるエネルギーの保存を助長する。支持スタッド６０はいずれの場合もフィルター要素１２から次の通過個所５０へ又はフィルター要素１４の内部４８の移り変わり部分へのわん曲したフランジ状の出口個所２８の方向の流体の通過を妨げない。フィルター要素１２，１４は円筒形状でありまた流体を導通させる中空の円筒形の内部を有している。
【００１５】
相互に隣接する端部でフィルター要素１２，１４は分離プレート３８の環状凹所６２の中に同様に受け入れられ、分離プレートはこのため外周側に対応の受け入れ延長部、すなわち上下方向に延出する部分を有している。内側の方向にフィルター要素１２，１４は支持パイプ５６の端部領域により支持され、支持パイプ５６はこの領域で分離プレート３８に接触している。リング通路４０はまた環状凹所６２に締結され直径方向に対向するスタッド６と６４により補強される。特に図３に見られるように、通過個所２４は２つの隣接する連結スタッド６４の間に延びるわん曲した通路部分の形式である。他方の通過個所５０はいずれの場合も絞り個所を形成しそれにより粗いろ過度のフィルター要素１２にとって流れ抵抗が増大されるようにする。この絞り個所は特に閉鎖要素６８をばねによる閉鎖圧力を加えて他の通過個所５０の方向に押圧する流体弁６６の形式である。閉鎖要素６８は下側支持部５６の内部で閉鎖要素６８の精密な制御をする周面側に分配された案内フランジ７０を有している。さらに、流体弁６６の支持プレート７２は下側支持パイプ５６に堅く連結されまた圧縮ばねの形式の閉鎖スプリング７４がその自由端の一方をこの支持プレート７２に当接させ他方の自由端を流体弁６６の閉鎖要素６８の半径方向の凹所に位置させるようにしている。
【００１６】
流体弁６６は図１と２にその閉じた位置で示されている。その上方に位置する上側支持パイプ構造５６の下端は略図で示され、上側支持パイプ５６の支持フランジ６０はいずれの場合も流体弁６６の作動を乱さないようにする。流体弁６６は上側フィルター要素１２の内部４８の予め加える圧力の増加をもたらす閉鎖圧力が付与され、それにより対応のフィルター材料１６を通過する汚損流体が増大された予圧力により速度が落とされ分離プレート３８の第１の通過個所２４を通り微細なろ過度の他のフィルター要素１４へと流れる汚損流体が多くなる。これはしたがって１次流が上側フィルター要素１２によってのみろ過され２次流が下側のフィルター要素１４ではほとんどろ過されないようになるのを阻止する。
【００１７】
粗いろ過度のフィルター要素１２はその上端にバイパス弁７６が設けられ上側フィルター要素１２の１次流フィルターが完全に詰まるやいなや作動不能を防止する。この場合、バイパス弁７６は開き１次流の浄化されていない流体が上側と下側のフィルター要素１２と１４の内部を通って出口個所２８に流れるようにする。バイパス弁７６は流体弁６６と構造が同様であり、そのため上記のことがバイパス弁７６にも当てはまるものである。水分もまた流体から除去できるようにするため、下側フィルター要素１４のフィルター材料１６は水分吸収層を有している。下側フィルター要素１４のフィルター材料１６はまた全体が水分吸収層からなるようにすることもできる。
【００１８】
フィルター要素１２と１４はその長さとろ過度を除き幾何学的にほぼ同一であり、すなわち内径と外径が相互に一致している。さらに、フィルター要素１２，１４は組合わされた弁６６及び７６とその支持パイプ５６及び支持プレート３８と共に、その全体を新しいユニットと取替えることのできるような１つの構造ユニットを形成し、その取替えは上側カバープレート３２を通して行われる。この構造ユニットは環境に適合するように配置され、焼却され、又は再利用される。この構造ユニットがハウジング１０の中にしっかりと保持されるように、ハウジング側の分離プレート３８により支持が行われるだけでなく下側出口個所２８の領域に構造ユニットがその下側フィルター１４を滑り込ませることのできるリング形状のフィルター要素受け入れ部７８が設けられる。下側フィルター要素１４の内部４８はＯリングのシールにより下側フィルター空間２２から流体密シールされる。フィルター材料１６にとって選択されたろ過度は例えば２０μｍの粗いろ過度が上側フィルター要素１２に対して選択され、一方下側フィルター要素は例えば２μｍの比較的微細なろ過度を有している。
【００１９】
いずれの場合も、本発明のフィルター装置に関しては１次流フィルター１２は１つの入口２６と１つの出口２８のみを有するフィルターハウジング１０の中で２次流フィルター１４に適応される。フィルターハウジング１０はまたもっぱら１つの区画室（この構造は図示されない）からなるようにすることができ、例えばタンクに用いる場合一体のフィルターカップが含まれるようにする。１次流フィルターと２次流フィルターとの分割はさらに累進され並列に配置された２つのフィルター要素１２，１４より多くのフィルター（図示しない）が順次取付けられるようにする。さらに微細に累進されたろ過能力がこれにより多数の分離可能な容量の流れのために提供される。さらに、フィルター要素はまた実用上の観点から必要とすべき程度に多数の部分に構成することができる。いずれの場合も、図示のフィルター装置は、例えば２０μｍ絶対値の比較的粗いろ過度の大容量の流体の流れと例えば２μｍ絶対値のろ過度の低容量の流体の流れとを装置を通って並列に流すことができるようにする。これら容積流は通過個所２４及び５０について述べられたオリフィス又は絞りによる内部流量制御によって調整される。所望の流れ制御の関数としての追加の絞り又はオリフィスの導入もまた可能である。
【００２０】
１次流フィルター１２の汚損に関係なく２次流フィルター１４の効率を保証するため、この絞り装置は１次流フィルター１２の出口と一体化されまたハウジング１０の中のフィルター要素の上側部分と下側部分との間にある。フィルター装置はコンパクトな作動、取付け、及び設備ユニットを高圧と低圧の領域の両方に（戻りの流れと２次流のライン）適用することができるようにする。
【００２１】
図示の実施態様では通過個所２４，５０がいずれの場合も、微細なろ過度のフィルター要素１４を通る２次流の容量で１の部分に対して粗いろ過度のフィルター要素１２を通る１次流の容量で８から１０の部分が存在するように設計されている。この２次流の作用に関して、上側フィルター空間２０からの流れの１つの汚損された量が分離プレート３８の通過個所２４を経て１次流の方向から向きが変えられまたこのようにして２次流フィルター１４により最も微細にろ過するため下側のフィルター空間２２へと移送される。フィルター材料１６によりろ過された全ての流体の成分はいずれの場合もフィルター要素１２，１４の内部４８を経て装置の出口側２８に到着する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 取付けられたフィルター装置の縦断面図である。
【図２】 図１に示される１次及び２次流フィルターユニットの縦断面図である。
【図３】 図１と図２に示される仕切り装置の拡大頂面図である。

Claims (7)

1. 異なるろ過度のフィルター材料（１６）を有する少なくとも２つのフィルター要素（１２，１４）が並列に接続されているフィルターハウジング（１０）を備えたフィルター装置であって、２つのフィルター要素（１２，１４）は、相互に面するその端部が分離プレート（３８）に接触して分離プレート（３８）により相互に分離され、分離プレート（３８）が、フィルター材料（１６）の上流側の浄化されるべき流体の流れ方向に配置された隣接するフィルター空間（２０，２２）の間に流体を連通させるための第１の通過個所（２４）と、絞り個所の形式の他方の通過個所（５０）であってフィルター要素（１２，１４）のそれぞれの内部（４８）を連通させるための他方の通過個所（５０）とを有しているフィルター装置において、
   他方の通過個所（５０）の絞り個所が、粗いろ過度のフィルター要素（１２）の内部（４８）の予圧力を増大させる適用可能な閉鎖圧力が得られる流体弁（６６）の形式であること、
   フィルターハウジング（１０）が浄化されるべき流体のための入口個所（２６）と浄化された流体のための出口個所（２８）とを有し、入口個所（２６）に近接した粗いろ過度のフィルター要素（１２）と出口個所（２８）に近接した微細なろ過度のフィルター要素（１４）とが相互に対向して取付けられていること、及び
   分離プレート（３８）は、フィルターハウジング（１０）の内側表面との間がシールされるように前記内側表面に連結されて、フィルターハウジング（１０）を２つの隣接するハウジング部分空間（４４，４６）に分割すること、を特徴とするフィルター装置。
2. 粗いろ過度のフィルター要素（１２）を有する一方のハウジング部分空間（４４）が、入口個所（２６）に連結され流体を連通させるフィルター空間（２０）を有し、微細なろ過度のフィルター要素（１４）を有する他方のハウジング部分空間（４６）が、フィルター要素（１４）を経て出口個所（２８）に連結され流体を連通させる他方のフィルター空間（２２）を有している、請求項１に記載のフィルター装置。
3. フィルター要素（１２，１４）がフィルターハウジング（１０）の内部に相互に同軸に取付けられまた相互に離れて面する自由端により要素受け入れ部（５４）の中に案内されている請求項１又は２に記載のフィルター装置。
4. フィルター要素（１２，１４）のフィルター材料（１６）がモジュール構造の支持要素（５６，５８，６０）によって支持され、前記モジュール構造の支持要素（５６，５８，６０）はフィルター要素（１２，１４）の長手方向の寸法の変動に適合できるようにされている請求項１から３のうちの１項に記載のフィルター装置。
5. 第１の通過個所（２４）がわん曲した通路部分からなる請求項１から４のうちの１項に記載のフィルター装置。
6. 流体弁（６６）が閉鎖要素（６８）を適用可能なばね付勢の閉鎖圧力により他方の通過個所（５０）の方向に押圧する請求項１から５のうちの１項に記載のフィルター装置。
7. 粗いろ過度の少なくともフィルター要素（１２）にバイパス弁（７６）が設けられ、フィルター材料（１６）の少なくとも一方が水吸収特性を有している請求項１から６のうちの１項に記載のフィルター装置。

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