CN101293154B - 过滤筒 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种过滤筒，包括一个过滤单元或者过滤单元叠层，所述过滤单元在其内周面和外周面彼此密封，并密封到端盖上，从而不需要围绕叠层的壳体。设置流路，从而保证了所有进入的供液在以滤出流体从过滤筒穿过前被过滤。

Description

过滤筒
交叉引用相关申请
本申请要求2007年4月23日申请的第60/925774号美国临时专利申请的优先权，其中该申请文件的全部内容在这里通过参照方式引入。
技术领域
本发明涉及一种过滤筒，更具体地说，本发明涉及一种没有单独外壳的过滤筒。
背景技术
各种聚合材料的膜过滤器已经公知，其中这些膜过滤器通常具有薄的多孔结构，该结构具有大约50-80％体积比的孔。它们相对易损坏，并通常与各种机械支撑件或者加强件一起使用。每单元面积穿过这种膜的液体流速是孔尺寸的函数。为了获得穿过具有小孔(例如小于大约一微米)的过滤器的较高流速，则需要相对较大过滤器面积。因此通过使用较大的单独过滤器或者通过并联使用大量较小的单独过滤器来提供这种较大过滤器面积。为了在例如消毒等关键的医药应用场合使用，这种膜和其支撑装置必须不能渗漏或者不能带有使较小颗粒或者有机物通过的缺陷。
因此用手组装多个小过滤器，用于与支撑板和相关装置并行流动，然后测试，如果需要的话，通常在使用者地点消毒，这些费用很大，同时也不方便。如果手组装所必需的测试没有成功，则必须重复操作。较大更复杂过滤系统的机械部分通常被清洁和再使用，只有过滤器被更换。而目前，设置在可抛弃塑料中的一个组件也是用相对活动部件机械安装的。
较大面积的单独膜过滤器以平的或者圆筒形式被支撑，或者打褶以放置在紧凑壳体内。对于给定过滤面积，用于平膜的保持件较大，通常不是一次性的，并且每次更换过滤器都需要拆卸、清洁、再组装以及测试。易损坏膜的打褶在其褶皱部形成应力集中，使在使用中易损坏膜弯曲，通常在膜的上游侧和下游侧的其中之一或两者需要交错布置流动筛网，并需要划线和/或粘合以密封端部并叠合缝隙。由于担心在折叠部、缝隙或者端部可能出现问题，单独的平的最后过滤器有时与打褶的过滤筒串联使用，用于进一步确保在关键应用场合中使用，这种场合例如为对药物或者静脉流体消毒。此外，在打褶筒结构中大量不同材料的使用增加了进入到滤出流体的可提取(extractibles)源。
第4501663号美国专利公开了一种由多个叠置过滤组件形成并具有单独外壳的过滤筒。由于所述过滤筒具有导致采样损失的较大滞留容积(hold up volume)，因此是不期望的。
因此，希望提供具有较大过滤面积和较低滞留体积的过滤筒。这种过滤筒将提供较大过滤能力，同时采样损失最小。
发明内容
本发明提供一种由一个或者多个过滤单元形成的过滤筒，其中过滤单元叠置在一起并彼此结合，以确保流体从过滤筒入口穿过至少一个膜并穿过滤筒出口流动。过滤模式为端部封闭(dead ended)、正常流动过滤(NFF)。每个过滤单元包括一个膜支撑板或者两个在内、外周边处密封在一起的膜支撑板。每个膜支撑板具有第一表面和第二表面。例如单个膜或者具有一个或者更多膜层的组合膜结合至每个膜支撑板的第一和第二表面中每个上。所述过滤筒带有端盖，一个端盖具有入口，一个具有出口。每个端盖密封到隔离板上，而该隔离板防止流体进入到端盖内部。流体偏转板密封到顶部隔离板上，并用于把进入流体引导到过滤单元的外径向部。
附图说明
图1为本发明过滤筒的透视图。
图2a为本发明过滤筒中使用的流体偏转板的底面的透视图。
图2b为图2a中流体偏转板的顶面的透视图。
图3a为本发明过滤筒中使用的膜支撑板的第二表面的仰视图。
图3b为图3a中膜支撑板的第一表面的俯视图。
图3c为在图3a和3b中膜支撑板的出口处的剖面图。
图4为具有两个过滤单元的本发明的过滤筒的剖面图。
图5a为本发明的过滤筒的端盖的外表面的透视图。
图5b为图5a中端盖的内表面的透视图。
图6a为具有本发明过滤筒的通气孔的隔离板底面的透视图。
图6b为图6a中隔离板的顶面的透视图。
图7为利用一个膜支撑板的本发明可替代过滤筒的分解剖视图。
图8为利用一个膜支撑板的本发明可替代过滤筒的分解剖视图。
图9a为用于图7中过滤筒的底部隔离板的底面的透视图。
图9b为图9a中隔离板的顶面的透视图。
图10a为在图8的过滤筒中使用的流体偏转板的底面的透视图。
图10b为图10a中流体偏转板的顶面的透视图。
具体实施方式
参见图1，图中示出了一种独立(self contained)的过滤筒20，其中所述过滤筒20具有例如0.5平方米的过滤面积。所述过滤筒包括上端盖22、偏转板30、隔离板80和80a以及在偏转板30和隔离板80a之间的多个过滤单元26。下端盖24与上端盖22具有相同结构(图5a和5b)。隔离板80a与隔离板80具有相同的结构(图6a和6b)。过滤单元26是通过把两个膜支撑板58(图3a、3b)结合而形成。优选的是，端盖22和24以及过滤单元26是相同的塑料材料并利用加热或者溶剂在其内外周边选择性地焊接一起。端盖22和24分别带有配件28、36，用于连接到安装在配件28、36上的管道等的出口管上。配件28包括从例如通过夹具(未示出)安装在配件28上的管道的出口通向叠置过滤单元26的入口。配件36包括从叠置过滤单元26通向例如通过夹具(未示出)安装在配件36上的管道入口的出口。
任何适当类型的通气孔32安装到隔离板80上，并延伸穿过端盖22，以在启动时允许与过滤筒通气。例如，这可包括手动打开阀，该阀打开以排放空气并然后关闭。端盖24带有与通气孔32的结构和作用相同的通气孔34以及出口36。所述通气孔34安装到隔离板80a上并延伸穿过端盖24。
在使用中，要过滤的液体进入到入口配件28，进入叠置过滤单元26，穿过在叠置过滤单元26内的过滤膜(如在后面描述那样)，并且滤出流体从该处流出出口配件36。
参见图2a和2b，所示流体偏转板30具有顶面38和底面40。板30的顶面38例如通过热焊而结合至具有流体入口82(图6a和6b)的隔离盘80上的内表面85上。尖头48结合至内周面81(图6a)。外周面44结合至外周面79(图6a)。板30的顶面38在与流体入口28(图1)一致的中心位置具有多个尖头48，所述尖头之间具有空隙50以实现流体流动。底面40包括平的内周面53，该表面例如通过热结合而结合至膜支撑板58的平的内周面56(图3b)。外周面54结合至外周面57(图3b)。流体偏转板30包括周边流体通路(孔)6，所述通路允许流体从空隙50流动到如下面描述的过滤膜表面。
参见图3a、3b和3c，膜支撑板58具有顶面64(图3b)和底面62(图3a)。所述膜支撑板58带有周边流体通路(孔)66，以穿过下面描述的过滤膜实现流体流动。孔66和孔6(图2a和2b)可对准或者不对准，只要能穿过它们实现流体流动即可。底面62带有尖头68，在尖头68之间具有空隙70以允许流体穿过空隙70。底面62结合至第二膜支撑板，其中第二支撑板与在如下面描述的叠置过滤单元26中的底面62具有相同设计。顶面64例如通过热结合而结合至与顶面64具有相同设计的第二膜支撑板。为了由两个膜支撑板形成过滤单元，尖头68结合至第二膜支撑板上的相同结构的尖头。底面62具有多个流体流路72，所述流路与在顶面64上的多个流体流路74交替布置。在表面62和64上的流路72和74覆盖有过滤膜。每个过滤膜可包括一个或者更多例如组合膜的膜层。进来的流体60与偏转板30的顶面38接触(图2b)，并径向向外直接引导到孔6(图2b)。尖头68围绕流体出口76，用于滤出流体穿过其中，如下所述。
参见图4，过滤筒20包括顶部端盖22、隔离板80、偏转板30、过滤单元26、隔离板102和底部端盖24。
参见图4，在使用中，待过滤的供给流体进入入口配件28，以接触流体偏转板30。流体在尖头48之间穿过通道50流动，并径向向外运动，然后穿过孔6(图2b)和孔66(图3a)。供给流体流过，然后穿过膜96、97、99和100，穿过在尖头68之间的空隙70(图3a)，并从出口配件36流出作为滤出流体收集。
参见图5a和5b，端盖22(以及端盖24)带有入口40和孔46，配件84(图6b)延伸穿过孔46。内周面52和外周面86分别结合至隔离盘80(图6b)的相应表面89和88。
参见图6a和6b，隔离盘80具有顶面83(图6b)和底面85(图6a)。盘80带有流体流路82，如下面描述那样，所述流路既可作为流体入口，也可以作为流体出口。盘80带有配件84。该配件84包括用于通气孔32或者34的壳体(图1)，以在启动期间允许气体或者液体从过滤筒20内部通过。顶面83通过例如热结合结合至端盖22的底面87，其外周平面88结合至外周面86(图5b)，其内周面89结合至端盖22的内周面52(图5b)。
参见图7，过滤筒104包括结合至顶部隔离板80的顶部端盖22。顶部隔离板80在其相应外、内相邻表面结合至流体偏转板30。偏转板30在其相应的外、内相邻周面结合至膜支撑板58。板58结合至过滤膜96和97。膜支撑板58在其相应的外、内相邻周面结合至底部隔离板108。底部隔离板108结合至底部端盖24。隔离板80防止滞留的流体进入到顶部端盖22。隔离板108防止滞留的液体进入底部端盖24。
参见图7，在使用中，待过滤的供给流体进入入口配件28，以接触流体偏转板30。流体在尖头之间穿过流道50，并径向向外运动，然后穿过孔6(图2b)。供给流体流过并穿过膜96和97，穿过在尖头68之间的空隙70(图3a)，并从出口配件36流出而收集为滤出流体。
参见图8，过滤筒130包括结合至顶部隔离板80的顶部端盖22。顶部隔离板80在其相应外、内相邻表面结合至流体偏转板110。偏转板110在它们相应的外、内相邻周面结合至膜支撑板58。板58结合至过滤膜96和97。膜支撑板58在其相应的外、内相邻周面结合至底部隔离板102。底部隔离板102与顶部隔离板80具有相同的结构。底部隔离板102结合至底部端盖24。隔离板80防止滞留流体进入顶部端盖22。隔离板102防止滞留流体进入底部端盖24。参见图8，待过滤的供给流体进入入口配件28，以接触流体偏转板110。流体在尖头48之间穿过流道50，并穿过孔111径向向外运动。供给流体流过并穿过膜96和97，穿过在尖头68之间的空隙70(图3a)，并从出口配件36流出而收集为滤出流体。
通过对上述叠置元件密封其外周面和内周面，就可省去外壳体所需要的防止泄漏措施。
参见图9a和9b，隔离盘108具有顶面109和底面113。如上所述，盘108带有流体流路82，所述流路既可作为流体入口，也可作为流体出口。盘108带有配件84。该配件84包括用于通气孔32的壳体，以在启动期间允许气体或者流体从过滤筒104内部通过。顶面109通过例如热结合结合至端盖24的底面，在其外周平面88处结合至外周面86(图5b)，在其内周平面89处结合至端盖24的内周面52(图5b)。盖24与盖22具有相同结构。盘108带有尖头115，在尖头115之间具有空隙119。尖头115结合至盘58的尖头68(图3a)，以提供与出口36连通的流体通道。
参见图10a和10b，流体偏转板110(参见图8)在底面116上包括一组在其间具有空隙114的底部尖头112。内周面118密封到膜支撑板58的内周面71(图3a)。顶面120具有在其间具有空隙的顶部尖头48，其与如上所述(图2b)那种以相同方式起作用。板110具有孔111。
上述发明可用于尺寸排除(size exclusion)过滤，其中比膜孔大的颗粒被防止从膜中流过。
可选择地，其可使用其他类型的过滤膜。一种这样的膜为吸收膜，所述膜含有例如离子交换化学药剂的化学药剂(阴离子或者阳离子化学药剂)或者例如蛋白质A或者G配体的疏水交互作用化学药剂或者吸附化学药剂，该药剂把例如宿主细胞蛋白质(HCP)、核酸、内毒素、病毒等的一般污染物的选择组分结合，并从流体蒸气中把它们去除。可选择地，化学药剂可把期望分子(缩氨酸或者蛋白质、抗体等)结合，并使其余流体和其成分从其中流过。膜然后被洗涤以去除任何剩余未结合的物质，最后期望的分子通过在液体中的变化而从膜中洗提(Ph、离子强度等)。

Claims (6)

1.一种具有流体入口(28)和流体出口(36)的过滤筒(20；104；130)，包括叠置的元件，所述叠置的元件包括：
具有流体入口(28)的顶部端盖(22)，
具有流体出口(36)的底部端盖(24)，
第一隔离板(80)，在其相应的外周面和内周面处结合至所述顶部端盖(22)和结合至偏转板(30；110)，
过滤单元(26)，过滤单元包括：膜支撑板(58)，膜支撑板在底面(62)和顶面(64)的每个上具有内周面(56)和外周面(57，73)；过滤膜(96，97，99，100)，其结合至膜支撑板的底面(62)和结合至膜支撑板的顶面(64)；位于外周面(57，73)径向内侧的周边流体通路(66)，以使流体流过所述过滤膜(96，97，99，100)，
所述偏转板(30；110)具有内周面(53)、外周面(54)、以及位于外周面(54)径向内侧的周边流体通路(6)，所述周边流体通路(6)允许流体流到所述过滤膜(96，97，99，100)的表面，其中所述膜支撑板(58)的内周面(56)和外周面(57)分别结合至所述偏转板(30；110)的内周面(53)和外周面(54)以形成密封，从而允许流体穿过所述偏转板(30；110)和所述膜支撑板(58)的周边流体通路(6；66)流到所述过滤膜(96，97，99，100)的表面，以及
第二隔离板(80a；108；102)，其在相应的外周面和内周面处结至所述底部端盖(24)和结合至所述膜支撑板(58)，
其中，所述叠置的元件在它们相应的外、内周面处密封，从而形成如下流体流路，其始自流体入口，穿过偏转板和膜支撑板的周边流体通路(6；66)，穿过所述过滤膜(96，97，99，100)并穿过所述流体出口(36)，所述流体流路防止来自流体入口的供给流体从膜旁边经过。
2.如权利要求1的过滤筒(20；104；130)，包括：至少两个过滤单元(26)，其中，每个所述过滤单元(26)的两个膜支撑板(58)在内周面处和外周面处密封在一起从而防止供给流体不穿过所述过滤膜(96，97，99，100)就进入流体出口。
3.如权利要求1或2的过滤筒(20；104；130)，所述过滤筒包括在流体流路内的尖头(48；68；112；115)，在尖头之间具有空隙。
4.如权利要求1或2的过滤筒(20；104；130)，其中，偏转板包括尖头，在尖头之间具有空隙。
5.如权利要求1或2的过滤筒(20；104；130)，其中，膜支撑板(58)包括流体通路(72，74)，所述流体通路允许滤出流体从每个膜支撑板的顶面(64)和底面(62)流到流体出口。
6.如权利要求1或2的过滤筒(20；104；130)，其中，每个端盖(22，24)包括打开通气孔(32，34)。
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