CH625423A5

CH625423A5 - Device for ultrafiltration.

Info

Publication number: CH625423A5
Application number: CH1302577A
Authority: CH
Inventors: Walter Dr Franken; Dietmar Dr Nussbaumer; Horst Dr Perl; Ludwig Weickhardt
Original assignee: Sartorius Membranfilter Gmbh
Priority date: 1976-11-26
Filing date: 1977-10-26
Publication date: 1981-09-30
Also published as: JPS579841B2; DK146704B; FR2371954A1; CA1125182A; DK146704C; FR2371954B3; IT1088512B; SE7711450L; JPS5367683A; DK524877A; GB1555389A; SE442169B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Ultrafiltration, insbesondere für die Filtration von Blut, bestehend aus einer Vielzahl von spaltförmigen Filterkammern, die auf wenigstens einer Seite von einem Filtermedium begrenzt sind, unter welchem ein Filtratablauf vorgesehen ist, und die mit einer Zuführung für das zu filtrierende Medium und mit einer Abführung für das durch das Filtrieren aufkonzentrierte Medium versehen ist.

Eine derartige bekannte Vorricht besteht aus einer Vielzahl von übereinanderliegenden rechteckigen Kunststoffilter-platten. Jede Filterplatte hat auf ihren beiden Flächen parallel zur Längsrichtung verlaufende Stege. Bei zwei übereinander angeordneten Filterplatten liegen die Stege aufeinander und halten zwischen sich das Filtermedium. Parallel zu den Stegen sind Rillen ausgespart, auf denen das Filtermedium aufliegt, wobei der Raum zwischen dem Rillenboden und dem Filtermedium für den Filtratablauf benutzt wird. Die zwischen den Stegen und den Filtermedien gebildeten spaltförmigen Filterkammern haben eine Spalthöhe, d.h. einen Abstand der wirksamen Abschnitte der Filtermedien, von wenigstens 150 fi.

Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, dass die spaltförmigen Filterkammern sehr lang sind, was grosse Druckdifferenzen zwischen dem Einlass und dem Auslass des Filters erfordert. Die hohen Einlassdrucke führen dazu, dass sich die einzelnen Bestandteile der Vorrichtung verziehen, d.h. ihre Formstabilität verlieren, so dass die gewünschten Spalthöhen nicht mehr beibehalten werden. Ausserdem können diese Einlassdrucke zu Beschädigungen an organischen Komponenten des zu filtrierenden Mediums führen. Zudem bildet sich bei der bekannten Vorrichtung auf dem Filtermedium durch Ab-scheidung ein Sekundärfilter, wodurch die Filtrierbedingungen im Laufe des Betriebs sich immer mehr verschlechtern.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass sich mit ihr bei vernünftigen Druckdifferenzen zwischen der Filtereinlass- und Auslassseite mit einfachen Mitteln gute, über lange Zeit konstante Filterleistungen auch bei extrem kleinen gleichmässigen Spalthöhen erzielen lassen.

Diese Aufgabe wird bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zwischen dem Filtermedium und der einen Kammerwand eine im wesentlichen inkompressible formstabile Materialschicht mit einer eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisenden Schulter vorgesehen ist, wobei die Erhöhungen eine lichte Weite von 0 bis 2,5 mm und eine Höhe zwischen 0,1 und 0,5 mm aufweisen.

Zweckmässigerweise wird die Materialschicht von einem Gewebe gebildet, das eine lichte Mäschenweite von 0 bis 2,5 mm und eine Fadenstärke von 0,1 bis 0,5 mm aufweist.

Die auf diese Weise ausgebildete Vorrichtung hat den Vorteil, dass sie sehr einfach hergestellt werden kann, da es genügt, ein aus Kunststoffäden hergestelltes Gewebe oder eine in der entsprechenden Form geprägte dünne Folie als Unterlage für das Filtermedium zu verwenden. Die Spalthöhe bildet sich dadurch, dass das Filtermedium durch Überdruck auf dem Filter oder durch Unterdruck unter dem Filter die Struktur der Unterlage annimmt. Damit bildet sich eine Vielzahl von gleichartigen Strömungskanälen. Die sich ergebende Spalthöhe kann sehr klein sein und beispielsweise zwischen 8 und 150 u liegen. Die Filterleistung hat sich im Langzeitversuch als äusserst gut erwiesen.

Die lichte Maschenweite liegt zweckmässigerweise zwischen 0,5 und 2 mm, während die mittlere Fadenstärke vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 mm liegt, wobei bei Geweben aus Kunststoffäden die Fadenstärke mit dem mittleren Fadendurchmesser gleichzusetzen ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist ein Filtratabführelement, das aus einem Filtrat durchlassenden Material besteht, in einer Aussparung im Gewebe angeordnet und mit dem Filtratauslass verbunden.

Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung mehrere Filterkammern aufweist. In diesem Fall sind mehrere in einem Gehäuse angeordnete Filterelemente vorge5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

625 423

sehen, die aus einer Materialschicht mit einer eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisenden Struktur bestehen, die bzw. das auf wenigstens einer Seite abdichtend von Filtermedium bedeckt ist. Aufgrund dieser Struktur ergibt sich eine Vielzahl von Berührungspunkten, durch die die äusserst konstante Spalthöhe genau definiert ist.

Bei einer solchen Vorrichtung gibt es zwei Filterelemente, die auf der einen Seite von der jeweiligen Kammerwand bedeckt sind, während die übrigen Filterelemente allseitig von Filtermedium bedeckt sind.

Bei einer solchen Vorrichtung sind vorteilhafterweise die Filtratabführelemente der Filterelemente abdichtend aufein-andergedrückt fluchtend zum Filterauslass angeordnet.

Die Stärke der Filtratabführelemente wird dabei abhängig von der Fadenstärke festgelegt.

Das Filtratabführelement kann in Stärkenrichtung abdichtend durch das Filtermedium bzw. die Filtermedien hindurchgehen.

Es ist jedoch auch möglich, dass jedes Filtratabführelement eine Durchgangsöffnung hat und von dem Filtermedium bzw. den Filtermedien mit Ausnahme der Durchgangsöffnung abdichtend abgedeckt ist, wobei die Durchgangsöffnungen zueinander und zum Filtratauslass fluchtend angeordnet sind. Die fluchtend ausgerichteten Durchlassöffnungen erleichtern durch Einführen eines Stiftes die Montage der Filterelemente in der gewünschten Ausrichtung.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Filterelemente kreisförmig ausgebildet und haben eine mittige Zuführung für das zu filtrierende Medium. Die Auslässe für das Filtrat und das aufkonzentrierte Medium sind im Umfangsbe-reich vorgesehen.

Durch das elastische poröse scheibenförmige Filtratabführelement werden die Filterelemente dichtend gegeneinanderge-drückt. Zu filtrierendes Medium, wie Blut, kann also nicht in den Filtratkanal eindringen. Das Filtrat kann durch die poröse Dichtung in den Kanal fliessen.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Filterelemente rechteckig, wobei die Zuführung für das zu filtrierende Medium im Bereich des einen Randes und die Abführung für das aufkonzentrierte Medium im Bereich des gegenüberliegenden Randes vorgesehen ist.

Die Vorrichtung mit mehreren Filterelementen kann sehr billig hergestellt werden, so dass die Vorrichtung einen typischen Wegwerfmodul bildet. Die Montage der Vorrichtung ist äusserst einfach. Es werden zwei Gehäuseteile mit den entsprechenden Anschlüssen vorgesehen, an deren gegenüberliegenden grossen Innenseiten die stirnseitigen Filterelemente angeordent werden, d.h. die Filterelemente, bei denen die gewebeartige Oberflächenstruktur in die Innenseite geprägt ist oder auf die ein entsprechendes Gewebe aufgebracht ist. Die vollautomatisch in Serienfertigung hergestellten Filterelemente werden mittels Zentrierstifte in Form eines Paketes in der richtigen Stellung in das Gehäuse eingesetzt. Anschliessend werden die Gehäusehälften unter einem solchen Vordruck verschweisst, dass die Filtratabführelemente abdichtend gegenein-anderliegen und die gewünschte Nennspalthöhe in Betrieb der Vorrichtung erreicht wird.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt die Einzelheit II von Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig. 4 zeigt ein Filterelement der Vorrichtung von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt eine Teildraufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt im Längsschnitt eine dritte Ausführungsform der Vorrichtung.

Fig. 7 zeigt ein Filterelement der Vorrichtung von Fig. 6.

Fig. 8 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 6.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung besteht aus einem Gehäuse mit einer ersten Kammerwand 4 und einer im Abstand gegenüberliegenden, dazu parallelen zweiten Kammerwand 5. Die Kammerwände 4 und 5 sind durch einen Rand 11 miteinander verbunden. Die Kammerwände 4 und 5 sollen einen Kreis bilden. In der Mitte der ersten Kammerwand 4 ist ein Einlass 1 für das zu filtrierende Medium vorgesehen. In der Nähe des Randes 11 ist in der ersten Kammerwand 4 ein Aus-lass 2 für das Filtrat angeordnet. Diametral gegenüberliegend ist am Rand 11 ein Auslass 3 für das aufkonzentrierte Medium vorgesehen. Auf der Innenseite der ersten Kammerwand 4 ist ein Gewebe 6 angeordnet, wobei anstelle des Gewebes 6 die Innenfläche der Kammerwand 4 so geprägt sein kann, dass eine eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisende Struktur entsteht. Im Bereich des Einlasses 1 ist das Gewebe 6 ausgespart. Das Gewebe 6 ist auf der der Kammerwand 4 gegenüberliegenden Seite von einem Filtermedium 7 abdichtend abgeschlossen. Bei Ultrafiltern verwendete Filtermedien sind bekannt.

Aus der in Fig. 2 gezeigten Einzelheit ist zu ersehen, dass zwischen den Fäden 10 des Gewebes 6 auch dann zusammenhängende freie Räume 9 bleiben, wenn sich beim Betriebsdruck das Filtermedium 7 etwas in diese freien Räume hineinzieht. Hierdurch werden die Spalthöhen gebildet. Die Kammerwand 5 berührt das Gewebe an den Gewebekreuzungspunkten. Somit ergibt sich die Spalthöhe aus den Gewebeabmessungen. Sie liegt zwischen 8"und 150 fi. Das durch den zentralen Einlass 1 zugeführte Medium verteilt sich und durchströmt entsprechend den Pfeilen den Spalt 20 radial nach aussen zu dem Ringkanal 15, wo das aufkonzentrierte Medium gesammelt und durch den Auslass 3 abgeführt wird. Das durch das Filtermedium 7 hindurchgehende Filtrat fliesst längs der miteinander verbundenen freien Räume 9 des Gewebes 6 durch das poröse Filtratabführelement 8 zum Filtratauslass 2.

Bei der in den Fig. 3 bis 5 gezeigten zweiten Ausführungsform sind anstelle des in Fig. 1 gezeigten einzigen Filterelementes 12, das auf der einen Seite von der ersten Kammerwand 4 begrenzt wird, zwei Filterelemente 12 vorgesehen. Das eine Filterelement 12 wird von der Kammerwand 4, das andere von der Kammerwarid 5 auf der einen Seite begrenzt. Zwischen den Filtermedienseiten dieser Filterelemente 12 sind zwei weitere Filterelemente 12a angeordnet, die auf beiden Seiten von einem Filtermedium 7 umschlossen sind, das abdichtend in einem inneren und äusseren Rand 14 verschweisst ist. Die ringförmig ausgebildeten Gewebe 6 haben Aussparungen, in denen Filtratabführelemente 8 eingesetzt sind, die stirnseitig von den Filtermedien 7 mit Ausnahme einer Durchlassöffnung 13 abgedeckt sind. Die Durchlassöffnungen 13 der Filtratabführelemente 8 sind fluchtend zueinander angeordnet und münden in den Auslass 2.

Das durch den zentralen Einlass 1 zugeführte zu filtrierende Medium strömt von dem zentralen Hohlraum in die Spalten 20 und in den Spalten 20 radial nach aussen, wobei es aufkonzentriert, im Ringkanal 15 gesammelt und durch den Auslass 3 abgeführt wird. Das durch die Filtermedien 7 hindurchgehende Filtrat gelangt über die freien Räume in dem Gewebe zu den Filtratabführelementen 8, durch die das Filtrat hindurchgeht und über die Durchgangsöffnungen 13 und den Filtratauslass 2 abgeführt wird.

Die in den Fig. 7 bis 8 gezeigte Ausführungsform ist im Gegensatz zu der der Fig. 3 bis 5 rechteckig. Der Einlass 1 für das zu filtrierende Medium ist im Berich des einen schmalen Randes der Vorrichtung vorgesehen, der Auslass 3 für das

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

625 423

4

aufkonzentrierte Medium im Bereich des gegenüberliegenden schmalen Randes. Der Filtratauslass 2 ist in der Nähe des Einlasses 1 angeordnet. Die übrige Ausbildung der Vorrichtung entspricht der der Fig. 3 bis 5.

Durch die Vielzahl der sich aus den Gewebekreuzungspunkten ergebenden Abstandspunkte, in denen sich die Filter berühren, wird die Gleichmässigkeit des Spaltes erzielt.

Da sich das Filter unter Überdruck bzw. Unterdruck durchwölbt, ergeben sich hieraus die Spalten. Die Dichtungen dienen nur der Filtratabfuhr und, da sie elastisch sind, der Abdichtung der Spalte gegen den Filtratkanal.

Beispiel

Mit der Vorrichtung von Fig. 3 wird heparinisiertes Rinderblut filtriert. Die Überströmleistung beträgt 300 ml/min. Die verwendeten Gewebe haben eine Fadenstärke von 0,28 5 mm. Die lichte Maschenweite wird variiert und beträgt 1,4, 1,0 und 0,63 mm. Man erhält als Filtratleistung 27, 50 bzw. 75 ml/min, wenn der Differenzdruck zwischen der Eingangs- und Ausgangsseite 0,17, 0,22 bzw. 0,25 bar beträgt.

Weitere Versuche haben gezeigt, dass die Vorrichtung bei io Rinderblut bis zu einer Aufkonzentration von 40% wirksam arbeitet.

s

3 Blatt Zeichnungen

Claims

625 423

1. Vorrichtung für die Ultrafiltration, insbesondere für die Filtration von Blut, bestehend aus wenigstens einer spaltförmi-gen Filterkammer, die auf wenigstens einer Seite von einem Filtermedium begrenzt ist, unter welchem ein Filterablauf vorgesehen ist, und die eine Zuführung für das zu filtrierende Medium und eine Abführung für das durch Filtrieren aufkonzentrierte Medium aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen dem Filtermedium (7) und der einen Kammerwand (4) eine im wesentlichen inkompressible formstabile Materialschicht (6) mit einer eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisenden Struktur vorgesehen ist, wobei die Erhöhungen eine lichte Weite von 0 bis 2,5 mm und eine Höhe zwischen 0,1 und 0,5 mm aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialschicht aus einem Gewebe mit einer lichten Maschenweite zwischen 0 und 2,5 mm und einer Höhe zwischen 0,1 und 0,5 mm besteht.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Maschenweite zwischen 0,5 und 2 mm und die mittlere Fadenstärke zwischen 0,2 und 0,3 mm liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Filtratabführelement (8), das aus einem Filtrat durchlassenden Material besteht, in einer Aussparung im Gewebe (6) angeordnet ist und mit dem Filtratauslass (2) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche mehrere Filterkammern aufweist, gekennzeichnet durch mehrere in einem Gehäuse angeordnete Filterelemente (12,12a), die aus einer Materialschicht (6) mit einer eine Vielzahl von Erhöhungen aufweisenden Struktur bestehen, das auf wenigstens einer Seite abdichtend von Filtermedium (7) bedeckt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht der Kammerwand (4, 5) zugeordneten Filterelemente (12) allseitig von Filtermedium (7) bedeckt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Filtratabführelemente (8), die Filterelemente (12,12a) abdichtend aufeinanderdrückend, fluchtend zu dem Filtratauslass (2) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Filtratabführelemente (8) abhängig von der Materialschichtstärke festgelegt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Filtratabführelement (8) eine Durchgangsöffnung (13) hat und von dem Filtermedium bzw. den Filtermedien mit Ausnahme der Durchgangsöffnung (13) abdichtend abgedeckt ist, wobei die Durchgangsöffnungen (13) zueinander und zum Filtratauslass (2) fluchtend angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kreisförmige Filterelemente (12) mit einer mittigen Zuführung (1) für das zu filtrierende Medium und durch im Umfangsbe-reich vorgesehene Auslässe (2, 3) für Filtrat und aufkonzentriertes Medium.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch rechteckige Filterelemente (12) mit einer Zuführung (1) für das zu filtrierende Medium im Bereich des einen Randes und mit einer Abführung (3) für das aufkonzentrierte Medium im Bereich des gegenüberliegenden Randes.