CN101879387B - 自主过滤器元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自主过滤器装置及一种用于改进过滤器寿命和性能的方法。该过滤器元件配备有一个或多个传感器，用于测量流体的一种或多种特性或参数，例如温度、压力或流率。根据所测量的特性或参数，该过滤器元件内的控制逻辑能够确定一个适当的响应。例如，该控制逻辑能够确定在过滤器膜上已发生了一个突发的、但是是暂时性的堵塞。作为对其的响应，该控制逻辑可以启动一个专门用于减缓该堵塞的响应。该响应可以是温度的变化、振动、流体流动路径的变化、或是一些其它的动作。然后该控制逻辑能够基于监测流体特性的任何变化来确定该响应的成功。基于此，该控制逻辑可以向操作人员报警应当更换该过滤器元件。另一种情况是，当该响应成功地解决了该堵塞，该控制逻辑不需要通知操作人员，因为该过滤器元件已回到正常的操作状态。

Description

自主过滤器元件
相关申请的交叉引用
本申请主张2009年2月13日提交的美国临时专利申请序列号61/152,329和2009年9月10日提交的美国临时专利申请序列号61/241,053的优先权，上述申请所公开的内容在此以整体引入作为参考。
技术领域
本发明涉及自主过滤器元件。
背景技术
过滤器已被广泛应用，从去除红酒中的结晶，到去除饮用水和电机油中的杂质，到从生物反应器，发酵罐或其它化学过程中去除颗粒物。
用于这些应用中的每一种应用中的过滤器都会有与其用途相关的问题。在一些情况下，这些问题可能是针对由其特定用途的。例如，一定数目的容器，包括但不限于制药容器，例如生物反应器和缓冲罐，需要能够将其内部的气体排到外部环境中、或是从容器外部获取新鲜气体。为达到这一目的并保持无菌状态，通常容器上具有一个无菌通风过滤器。在一些情况下，在反应中产生的过量的气体，例如二氧化碳或是水蒸汽，必须要从容器中排出。在另一些情况下，喷射或是填充气体，诸如氧气或空气，被有意地添加入到容器中。
这些通风过滤器特有的一个问题是维持一种令人满意的气体流动。常见的问题是容器内的物料，通常是水蒸汽，可能易于凝结，因为在大部分应用中，操作过程中的气体温度高于环境温度(例如对于生物反应器而言通常为35℃，而对于WFI槽而言通常为80℃)。如果这种物料凝结在通风过滤器上，将会因堵塞过滤器的孔而限制容器与外部环境之间的气体流动，由此减少其用于气体输送的有效表面积。
另外，生物制造过程中产生的天然起泡会积聚在过滤器上并限制空气传输。这些泡沫通常通过以下几种方法之一来控制。首先，可以向容器中加入抗起泡剂(anti-foaming agent)以减少表面张力从而不会产生泡沫。可选择的另一种方法就是，可以将容器或过滤器壳体设计成能够在泡沫上移到过滤器膜之前破坏泡沫的形成。这些手段均增加了通风过滤器和反应过程设计的复杂性。
为了消除这些现象，通风过滤器通常由能够防止过滤器孔结构内发生凝结的疏水性膜制成。然而，尽管使用了疏水性膜，可知的是，通风过滤器元件上仍然会发生凝结或堵塞。一种可能解决这一问题的方案是使用额外的加热元件，其用来提升过滤器元件的温度，由此减少在该元件上的凝结。
这些外部加热元件通常在过滤器已安装之后再实施，并且可能遇到几种失效模式。在一些情况下，外部加热元件上的温度传感器会失效，导致过滤器过热，并潜在地危及过滤器的完整性。在另一些情况下，传感器失效会导致加热器不工作，不能实现所需的功能。在另一些情况下，加热元件只能监测过滤器元件周围不锈钢壳体的热度。因此，通过过滤器的气流的变化影响到过滤器的温度，但气流的变化不能通过外部加热元件来测量或检测。根据过滤器中流体的流率，这可能会导致缺少足够的热量或是加热过度。
另一种情况是，在大型容器中，通风过滤器可以在物理上是远离操作人员的，例如在建筑物的不同楼层上，且由此操作人员不能容易地对过滤器进行检查。因此，完整性或流率的问题在它们通过当前常用手段加以检测到之前会持续一段时间。
其它的过滤器应用可能存在其它的特有的问题。例如，切向流过滤器(TFF过滤器)可能会被其过滤的蛋白质堵塞。保持适当的背压能够有助于减缓这一问题。
除在应用中的特殊问题之外，全部的过滤器都存在共有的问题。例如，所有的应用都存在完整性的问题。过滤器膜的细小破口会导致颗粒物通过过滤器。这样的破口就其应用而言可能是灾难性的。例如，如果该过滤器是用于确保无菌接口或边界，则这样的破口是无法接受的。
第二种共有的问题是由于过量的颗粒物被过滤器膜捕获而导致的流率降低。这一问题使得许多过滤器供应商建议定期更换过滤器。例如，汽车的油过滤器应当按照使用时间或使用里程决定的间隔进行更换。类似地，冰箱的水过滤器也具有按照使用的月数或过滤水的加仑数而计的一个寿命周期。
今天，大部分的过滤器具有两种操作模式。第一种模式是正常操作模式。在该模式下，过滤器正常操作，按预期地去除目标颗粒物。在许多具体实施方式中，这是过滤器的缺省操作，无需其它来确保过滤器保持在这一模式。然而，在一些应用中，可能必需执行额外的维护措施来确保过滤器保持在操作模式。例如，可能必需对过滤器元件加热以确保被过滤的流体保持在一个特定状态(例如液态或气态)，正如上文中关于通风过滤器所述的那样。
对于全部过滤器来说常见的第二种操作模式是寿命的终结。在该模式下，过滤器已经超过了其使用寿命。这样的情形的发生可能是由于颗粒物在过滤器膜上的过度堆积。通常地，过滤器元件在一个可接受的流率下使流体通过的能力受到损害。在极端的情况下，流体的流动完全停止。导致寿命终结的另一种失效是完整性的破坏。如果过滤器元件不再完整，那它就不能行使其功能，并由此达到其寿命的终结。过滤器必须在达到其寿命终结时被替换掉。
尽管过滤器通常只在这两种模式下使用，但是第三种操作模式的出现是非常有利的，该模式被称为再生模式。在该模式下，过滤器不处于最佳性能，但是实际上也尚未到达其寿命的终结。其性能可能在常规操作之外的处理条件下有所劣化，例如当膜被较大的颗粒物堵塞、或是大量的颗粒物同时抵达时。虽然过滤器膜自身尚未被堵塞，但是大量的或是出乎意料数量的颗粒物已经损害了过滤器有效操作的能力。在通风过滤器的情况下，这在生物反应器中当喷射气体喷雾涌动而向过滤器膜上喷溅蛋白质泡沫时会偶然发生。在大部分的过滤器应用中，这种模式与寿命终结模式之间不易区别，并且由此通过类似的方式来解决，通常是更换过滤器。
一种能够更可靠地监测、检测和控制这三种操作模式的有所改进的设备和方法是有益的。这样的设备和方法能够通过使过滤器元件的寿命最大化和通过使与过滤器更换相关联的停机时间最小化来降低费用。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的问题，本发明披露了一种自主过滤器设备和一种用于改进过滤器寿命和性能的方法。该过滤器元件配备有一个或多个传感器，适用于测量流体的一种或多种特性或参数，例如温度、压力或流率。响应于所测量的特性或参数，该过滤器元件内的控制逻辑能够确定一个适当的响应。例如该控制逻辑能够确定在过滤器膜上发生了一个突发的、但为暂时性的堵塞。作为对其的响应，该控制逻辑可以启动一个专门用于减缓该堵塞的响应。该响应可以是温度的变化、振动、流体流动路径的变化、或是一些其它的动作。然后该控制逻辑将会基于对流体特性的任何变化的监测来确定该响应的成功。基于此种情况，该控制逻辑可以向操作人员发出警报告知应当更换该过滤器元件。另一种情况是，当该响应是成功地解决了该堵塞，该控制逻辑不必通知操作人员，因为该过滤器元件已回到正常的操作状态。在其它的实施方式中，控制逻辑还调整过滤器的操作模式，例如确保其中通过的流体具有预定的温度或压力。
在其它实施方式中，过滤器元件与周围的支撑机构相结合而工作以实现所需的功能。例如，在一定的实施方式中，过滤器可能确定出：颗粒物已经使得流率降低。作为响应，过滤器可以与相关联的支持机构发生连通，后者可以改变流经过滤器的流体流动。
附图说明
图1示出了本发明的流程图；
图2图示了本发明的一种代表性示意图；
图3图示了一种具有通风过滤器的容器；
图4图示了本发明的带有一体式加热元件的通风过滤器；
图5图示了本发明的一种实施方式的代表性示意图；
图6示出了一种相图；
图7图示了一种代表性流程图，其可以在本发明的一种实施方式的正常操作模式下供处理单元使用；
图8图示了在过滤元件中的多个流体传感器的操作；
图9a至9d图示了不同过滤器元件的流率图；
图10图示了按照本发明的第二种实施方式的过滤器；
图11图示了穿过不同类型过滤器的流动路径；
图12示出了切向流过滤器(TFF)的流动路径；
图13示出了TFF过滤器流动路径的第二种实施方式；
图14示出了施加在TFF过滤器上的作用力；
图15图示了按照本发明的一种实施方式的TFF过滤器。
具体实施方式
如上文所述，过滤器元件优先具有三种操作模式。这三种操作模式如图1所示。操作模式10用于过滤器寿命的大部分时期内。在大多数情况下，不需要执行什么动作来确保过滤器保持在操作模式下。但是，在一些实施方式中，可能需要连续地或是周期性地执行维护动作12，以确保过滤器保持操作状态。这样的动作可能是热循环，振动，压力或是流体回流或是其它矫正动作。
在经过一定量的使用后，过滤器的某个所测量的参数或特性，例如经过滤后流体的流率，上游和/或下游的压力，或是流体的温度，可能与可接受的范围偏离。如果在一段延长的时期后或是如制造商所预料的那样发生了事件27，则过滤器可能就此到达其寿命的终结。在这种情况下，过滤器的模式经由自然的损耗路径27，由操作模式10变成寿命终结模式30。
另一种情况是，参数可能突然变化，表明过滤器出现了整体性的问题，并且不再能过滤颗粒物。这样的事件同样将过滤器的模式由操作模式10经路径27变成寿命终结模式30。
然而，有时可能出人意料地或是猝发地发生劣化事件15。在此情况下，该事件导致过滤器性能下降，正如同可能是通过所测量的参数或特性之一的突然变化来决定的。所测量的参数的突然变化与常规的损耗是不一致的，且由此可能表示已发生了某种异常或是暂时性的堵塞。例如，流体流率的显著降低可能表示过滤器已经猝发堵塞。在这种情况下，过滤器可以由操作模式10转为再生模式20。
在再生模式20下，过滤器尝试通过执行一个或多个纠正或是矫正步骤来纠正堵塞。这些步骤可能包括提高温度，改变流体循环路径，振动过滤器膜，改变或颠倒跨膜压力(transmembrane pressure)或其它。这些纠正动作可以一次性执行，如果纠正动作能够成功地将所测量的参数或特性恢复到可接受的值，则过滤器通过路径18转变回操作模式10。
在一些实施方式中，纠正动作可以分多次进行，如路径13所示。如果经过预定次数的纠正努力后，参数仍未回到可接受的值，则过滤器随后通过路径25转变到寿命的终结30。
在已经定义了总流程图用于展示本发明的过滤器模式的情况下，下面将对表示过滤器结构的图解进行说明。
图2表示了本发明的过滤器元件100的代表性示意图。该过滤器元件100包含控制逻辑140以使其能够了解和在上文所述的模式间转换。为了提供这一水平的智能，必须提供一个电源。在一定的实施方式中，使用电池或电力输出口来供给加热元件所需的能量。然而，在其它的实施方式中，过滤器是自持的(self-contained)并且无线地接受能量。在一定的实施方式中，使用与磁场相结合的磁感应电力耦合回路110来产生所需的电源。通过这样的方式，过滤器不再受到外部电源的束缚，过滤器内部也不会有主动电源或有源电源存在。连接和集成磁场的方法参见申请序列号为12/079,396的共同申请的说明，其内容在此引作参考。
在一种实施方式中，使用磁感应电力耦合回路110来产生电压以供传感器、执行器和过滤器内部任何相关电路使用。任何用于操作过滤器元件所需的电压变化都由通风过滤器内部的电路来执行。在另一种实施方式中，通过电力耦合回路110将磁场变化转化为电压的变化。
在一些实施方式中，使用一个或多个传感器120、121、122来监测过滤器元件的至少一个参数或特性。耦合回路110用于从外部磁场产生感应电压。该电压作为AC电压112，且该电压随后通过使用整流电路113进行整流及滤波以产生DC电压115。该DC电压115随后被用于为任何有源电路提供能量，例如调谐器，传感器，CPUs等等。
传感器120用于监测过滤器元件的一个参数或特性，并将此信息中继传回处理单元140，例如中央处理器单元(CPU)。该处理单元140包括一个存储设备，例如半导体存储器，其用于CPU指令和各种参数及设置的存储。传感器120可以是有线的，无线的，这取决于它在过滤器中的位置。例如，如果传感器120在壳体内靠近控制电路，那么有线或无线的配置都可以使用。但是如果传感器120定位成与控制电路远离，那么使用无线的传感器可能更为有利。
在一种实施方式中，无线传感器120嵌入到过滤器元件100的端帽内。在其它实施方式中，传感器120固定或嵌入到过滤器元件100的不同点处，例如在过滤器核心元件的下游侧上。在一些应用中，过滤器元件的温度可能超过145℃，因此应当使用能够承受这一温度的传感器。类似地，容器100内的温度可能从低温到高温循环往复，因此传感器应当能够承受这样的温度循环。
在一种实施方式中，无线变送器也靠近于传感器120而定位、或是与传感器120集成为一体。在优选的实施方式中，无线变送器与传感器120被封装在一个单一的集成式部件中。另一种情况是，变送器和传感器120可以是分离的，而且彼此通讯，例如通过电信号。各种类型的无线通讯设备都可能使用，包括RFID，Zigbee，802.11a/b/g，和其它协议。
处理器单元140将传感器120的测量值与希望的或是可接受的值，或取值范围、参数范围或特性范围进行比较。传感器120返回的值可以是例如与所测量参数成比例的模拟值，或者可以是一个数字信号。基于返回的值，处理器140决定过滤器是否仍处于操作模式，或者是否应该转换到不同的模式。
如图1所示，在一些实施方式中，可以采用维护动作12来使得过滤器能保持在操作模式10。这个动作可以采用许多形式，包括但不限于温度或背压调节。在这些实施方式中，处理单元140控制着执行器150，后者完成所需的维护动作。
如果在所测量的参数或特性偏离允许值或范围时，如同从传感器120看到的那样，CPU 140可以转换到再生模式20。在这一模式下，过滤器通过使用执行器160而执行纠正动作13。该执行器可以与用于实现纠正动作13的执行器为同一个执行器，或者可以是不同的执行器。可以采用的适当的动作包括温度或背压修正，循环路径修正，过滤器振动，或其它类似动作。
在CPU已控制执行器160后，其再次核对传感器120返回的测量值。如果该值已经回到正常范围，则CPU终结纠正动作13并返回操作模式10。若是测量值仍然不能接受，CPU 140可能选择重复进行该纠正动作13一次或多次。如果测量值在此期间回到可接受范围，则CPU 140返回操作模式10。然而若是测量值仍然不能接受，CPU 140转换到寿命终结状态30。
在一些实施方式中，过滤器100可以使用多于一个传感器120。例如，过滤可以有温度传感器120，上游压力传感器121和下游压力传感器122。在其它实施方式中，可以使用多个传感器的不同的组合。在这些实施方式中，CPU 140能够使用来自一个或多个传感器的测量值来判断要进入何种模式和确定适当的动作。例如，CPU 140可以使用几个传感器(例如温度和压力)的输出来控制维护动作12。但是，其也可以使用单个传感器(例如流率)来判断纠正动作是否成功。
在一些实施方式中，指示器170用于警告操作人员过滤器已经到达了寿命的终结30。该指示器170可以是视觉的，听觉的，触摸的或某些其它手段。在到达寿命的终结30时，CPU 140可以启动指示器170。
在一些实施方式中，执行器150和/或执行器160在物理意义上可以不位于过滤器100内部。例如，在进行了压力的改变或循环路径的改变的应用中，CPU140可以控制阀门或其它在物理意义上与过滤器分离开的设备。这种控制可以通过有线或无线的通讯方式进行。
上文所述的状态图和结构能够用于许多不同的应用。这些应用中的一些将在下文中讨论。但是，这些列举并非穷举，且本领域的技术人员将会领会到其它的应用也可以运用本文所披露的教导。
实施例1-通风过滤器
在第一种实施方式中，运用了通风过滤器。在第一种实施方式中，该过滤器被用作通风过滤器。
图3示出了具有这样一个通风口的容器。一般说来，容器201是由刚性材料构成，例如不锈钢和刚性塑料。在其它实施方式中，容器可以是柔性的塑料材料。为使气体能够在容器201内部与外部环境之间穿过，通常使用通风过滤器200。在图3所示的实施方式中，过滤器元件200位于容器201的顶面处，从而使其与容器201内部容纳的材料分离开。
通风过滤系统不仅用于生物反应器，也能用于生长介质、缓冲溶液、WFI(注射用水)制备系统和填充应用。通过使用适当的技术，例如高压灭菌锅，现场蒸汽消毒(Steam-In-Place)，例如使用ETO(环氧乙烷)气体这样的气体灭菌，或是伽马射线辐照，这些过滤器被无菌化。
通风过滤器通常以两种配置中的一种来安装。在图3所示的实施方式中，一个可更换的滤筒安装在不锈钢壳体内，整个组件固定到容器。一种这样的过滤器是可从Millipore Corporation of Billerica，Massachusetts购得的
Figure GSA00000056604100081
过滤器。第二种常用的配置是使用自身带有塑料壳体的自持塑料囊。一种这样的过滤器是可从Millipore Corporation of Billerica，Massachusetts购得的具有AERVENT疏水膜的
Figure GSA00000056604100082
囊式过滤器。
图4示出了一种具有一体集成式加热元件的通风过滤器。该通风过滤器200可以是任意合适的类型，例如但不限于用后即弃的过滤器囊或是可更换的过滤器滤筒。通风过滤器通常具有外部多孔塑料壳体或是衬套210、膜220和内芯部230。壳体210和内芯部230是多孔的，优选具有一系列的大开口(分别为212和232)以允许流体从过滤器外部通过壳体210经由其开口212并穿过膜220和多孔的芯部230上的开口到达出口(未示出)，该出口连接至芯部230和基座240。加热元件位于通风过滤器200的内部，例如集成到塑料壳体210内、或是内芯部230内。在一些实施方式中，膜220被一个支撑层(未示出)围绕。该支撑层可以是较为刚硬的多孔膜、非纺织网格、或编织网格。在一些实施方式中，该加热元件安置于该支撑层中。该通风过滤器具有一个附连至容器的基座240。该通风过滤器200还具有一个封闭的顶端250。
图5示出了通风过滤器的一个代表性示意图。在其最简化的形式下，加热元件330包括一条连接到电源的、与周围环境电绝缘的导线。电流经过导线，用来对导线加热，由此提升了周围环境的温度。通过更改经过导线的电流，提供了一种用以控制温度的机制。因而，导线上通过较多的电流就可以达到较高的温度。另一种方法是，电流可保持固定，而在施加电流期间占空比发生变动。在其它实施方式中，电流量与持续时间的结合用于调整过滤器的温度。
又一种加热元件可以是以导电的格栅或筛网或多孔垫的形式并且能够产生所需的加热效果。其可以由金属或其它传导性材料制成，例如碳、石墨或碳纳米管。
为了影响温度的变化，必须提供一个电源。在一定的实施方式中，使用电池或电插座(或称作电力出线口)为加热元件供给所需的能量。但是，在其它实施方式中，该通风过滤器是自持的并且以无线方式接收电力。在一定的实施方式中，使用与磁场相结合的磁感应电力耦合回路来产生所需的电源。通过这样的方式，过滤器不再受到外部电源的束缚，过滤器内部也不会有主动或有源电源存在。用于连接和集成磁场的方法参见申请序列号为12/079,396的共同申请的说明，其内容在此引作参考。
在一种实施方式中，使用磁感应电力耦合回路来产生电压以供加热元件和过滤器内部任何相关电路使用。任何用来改变加热元件的温度所需的电压变化都由通风过滤器内部的电路来执行。在另一种实施方式中，改变磁场以便改变电力耦合回路所接收到的电压。
在一些实施方式中，使用一个或多个温度传感器来控制和监控加热元件及其周围环境的温度。图5示出了一种受主动控制的通风过滤器所需要的电路的代表性示意图。耦合回路310用于从外部磁场产生感应电压。该电压作为AC电压312，随后通过整流电路313进行整流和滤波以产生DC电压315。该DC电压315随后被用于为任何有源电路提供能量，例如调谐器，传感器，CPU等等。
使用一个温度传感器320来临控加热元件330的温度，并将此信息中继传回处理单元340，例如中央处理器单元(CPU)。该温度传感器可以是有线的、或无线的，这取决于它在过滤器中的位置。例如，如果传感器位于壳体内靠近控制电路，那么有线或无线的配置都可以使用。但是如果传感器定位成远离控制电路，那么使用无线的传感器更为有利。
适用的传感器包括热敏电阻，其是一个具有很高的电阻温度系数的电阻，及一个作为集成电路的换能器。该传感器也可以是其它类型，包括但不限于：二极管、RTD(电阻温度检测器)或热电偶。
在一种实施方式中，无线温度传感器320嵌入在过滤器元件300的端帽内。在其它实施方式中，传感器固定或嵌入到过滤器元件的不同点处，优选在下游侧上。在一些应用中，过滤器元件的温度可能超过145℃，因此应当使用一种能够监测这一温度的传感器。类似地，容器100内的温度可能从低温到高温循环往复，因此温度传感器应当具有一段足以能够测量该温度循环的响应时间。
在一种实施方式中，一个无线变送器也位于温度传感器320附近或是与温度传感器320集成在一起。在优选的实施方式中，无线变送器与传感器320被封装在一个单一的一体化集成的部件中。另一种情况是，变送器和传感器320可以是分离的，而且彼此通讯，例如通过电信号。各种类型的无线通讯设备都可能使用，包括RFID，Zigbee，802.11a/b/g，和其它协议。
处理器单元340随后将温度传感器所测量的温度值与希望的温度进行比较并相应地调整通过加热元件330的电流。温度传感器所返回的值可以是例如与所检测到的温度成比例的模拟值，或者可以是一个数字信号。处理单元所使用的用以作出该调整的方法可以是任何适用的手段，包括但不限于PID控制、比例控制或任何其它方法。
处理单元340通过使用电流控制电路350来改变电流。电路350使用常规的手段来控制经过加热元件330的电流量。在一些实施方式中，控制电路350改变经过加热元件330的电流的占空比。在其它实施方式中，电路350改变经过加热元件330的电流的大小。
在一些实施方式中，使用第二温度传感器360作为容错设备，例如热继电器或开关，以保证在第一传感器320失效的情况下通风过滤器不会过热。
优选地，这些温度传感器靠近加热元件330安置，以便精确地报告过滤器元件的温度。
在另一种实施方式中，通风过滤器内的电路非常简单化，仅包括一个无线温度传感器和一个感应线圈。在这一实施方式中，电压的控制在过滤器外部完成，并且磁场受到调节来改变经过加热元件的电流。该实施方式要求过滤器内部有较少的电子器件，但是需要额外的外部逻辑和控制。
如上文所述，由于外部加热器不能探测过滤器的内部状况，因此外部加热器仅向过滤器元件提供恒定量值的热。在一种实施方式中，使用如图3所示的加热电路，其带有一个智能处理单元。例如，可以将压力传感器370添加到该过滤器元件，其适于测量容器内的压力。
正如关于温度传感器所述那样，压力传感器可以是有线的或无线的。该传感器370能够产生一个输出，其作为周围环境的压力的函数而变化。在另一种实施方式中，传感器370是一个差动传感器，由此其输出是两个区域之间压力差的函数。该输出可以是模拟电压或电流的形式，或可以是数字值或脉冲。在优选的实施方式中，输出随压力而线性地变化，然而这不是必需的条件。可以使用任何与周围压力具有已知关系的输出，例如对数关系或是指数关系。在这种情况下，可以执行对输出的变换以确定实际所测得的压力。
在一些应用中，过滤器元件的温度可能超过145℃，因此应当使用在这一温度下稳定的传感器。类似地，也应当使用能够承受这一温度的变送器。最后，容器100内的温度可能从低温到高温循环往复，因此该压力传感器应当能够承受这样的温度循环。
该压力传感器370有多种实施方式。例如，该传感器能够使用微机电系统(MEMS)技术来构建，其可以是压电元件、电感或电阻聚合物(包括弹性体和油墨)、或是一个换能器。这些实施例旨在说明一些能够使用的传感器类型；这并非是对所有这样适用的传感器的穷举。此外，这些传感器能够使用硅绝缘体上覆硅(SOI)技术制造，如同共同申请12/502,259中所述的那样。
另外，报警机构380可以与处理单元340进行通讯。这使得过滤器元件能够报警告知操作人员：过滤器已经到达其寿命的终结并且需要更换。
该过滤器可以按图1所述的方式应用。在操作模式下，通风过滤器必须确保被过滤的流体保持处于气相。图6表示了一个传统的相图。通过监测温度和/或压力，通风过滤器中的CPU能够判定流体所处的相。通过改变经过加热元件的电流，CPU能够确保维持这种气相状态。
由此，在这种实施方式中，存在着维护动作12(如图1所示)。
图7表示了在操作模式下用以调整经过加热元件的电流所需的控制回路的一个代表性的流程图。首先，处理单元询问压力传感器以确定容器内的压力，如方框500所示。然后处理单元询问温度传感器以确定容器内的温度，如方框510所示。处理单元然后将这一组值与给定材料的相图进行比较。在一些实施方式中，在处理单元的储存元件内存储有代表着气/液线400的公式。在其它实施方式中，处理单元的存储元件中储存有座标与气/液线400对应的一组点。处理单元将实际的读数与存储元件中存储的那些点进行比较。基于这种比较，处理单元能够判定当时的操作状况是否能使该材料处于气体状态。如果不能，处理单元增加加热元件中的电流以提升温度，如方框540所示。在又一实施方式中，若该材料是处于气体状态，则处理单元将数值与气/液线400进行比较。如果该数值形成的点靠近线400，那么说明用于维持环境的热的量值是适当的，如方框570所示。然而，如果该点远离线400，这就意味着可降低温度而不必担心凝结。在此情况下，加热元件中的电流减少，如方框560所示。
重复地执行图7的流程图，以便将加热元件维持在一个适当的温度。对于电流的调节可基于任意的控制算法。例如，可以使用比例算法、P-I算法(比例-积分)、P-D(比例-微分)或P-I-D算法(比例-积分-微分)来确定电流的调整。其它的算法也是已知的并且属于本发明的范围内。
CPU继续执行这一流程图，只要所测量的参数保持在可接受的范围内。过滤器开始于操作模式10。通过对压力传感器370和温度传感器320进行阅读，处理单元能够判断堵塞材料可能处于的相，如图6所示。控制系统的目标是确保该材料保持处于气体形式。因此，其连续地监测容器内的压力和温度，并且调整经过加热元件的电流以确保满足此条件。
使用这样的算法使得容器设置很灵活。换句话说，本系统可适用于不同的操作状况(冷、暖或高温)，并能相应地且高效地加热过滤器。
在又一实施方式中，在通风过滤器中合并有流率检测器。图8图示了一个过滤器600，其中用箭头指示了材料的流动。流体进入芯部610，穿过膜620，且流出到过滤器的外部。在一些实施方式中，加热元件安置于膜620内部或其附近，例如放在芯部，壳体或支撑层中。一个温度传感器(未示出)安置于芯部内，在流体穿过膜之前测量流体的温度。一个相应的配对的温度传感器630被安置在过滤器的外部，以测量穿过膜620和共处一处而定位的加热元件之后的流体的温度。如上文所述，这两个传感器所观测到的温度差使得能够测量该点处的流率。在图8所示的实施方式中，显示了三个流率传感器，其中每一个都适于测量在过滤元件不同部段处的流率。
图9a至9d示出了图解出在寿命周期中的过滤器变得堵塞时由三个传感器观测到的流率的曲线图。当一个新的过滤器安装后，膜的所有部分是同等程度可浸透过的。此时，在过滤器的所有部分处的流率可能是大略相等的，如图9a所示。另外，可以看出最靠左边的传感器处具有较高的流率，这是由于该传感器最靠近来源，而且由于该流动路径具有最小的阻力和最短的距离，流体可以经过该传感器流出。这一点如图9b所示。随着过滤器元件的使用，材料的溅射和泡沫开始覆盖过滤器，通常从靠近过滤器入口的部位开始。由此，如由最靠左边的传感器所观察到的流率有所降低，迫使其它位置处的流动增加，如图9c所示。随着过滤器继续开始堵塞，中部传感器处的流率也开始降低，迫使更多的流动经过过滤器的最靠右边的部分，如图9d中所示。
这样的配置的价值在于没必要要求绝对的流率值。相反，不同传感器的随着时间的相对的流率值足以了解电流的透过性(permeability)和过滤器的状况。例如，图9a至9d上并不包括实际的流率值。然而，图中的总体态势、以及各点处的流动之间的关系，允许让本领域的普通技术人员了解膜的状况并判定是否需要更换。
在其它实施方式中，可以使用一个简单的热线式流速计。在这一实施方式中，将一根细导线置于流体流中。然后这根导线被其中经过的电流施加能量，从而加热该导线。流过该导线的流体移走该导线上正产生的热量，从而冷却该导线。因此，流体流动越显著，导线的温度越低。导线的温度变化引起导线电阻的类似变化。由此，通过测量导线的电阻就可以确定流率。在一定的实施方式中，为人所知的恒流式流速计(CCAs)，就是在导线上通过一个恒定的电流，并通过测量横贯导线的电压来测定其电阻。在其它实施方式中，为人所知的恒压流速计(CVAs)，就是跨越过导线上而维持一个恒定的电压，并测量电流。在这两种情形中的任一种下，都能够测量导线的电阻，并从而可计算出流体流动。
由此，流率可以用于判断过滤器是否堵塞。换言之，如图1所示，如果流率逐渐降低，这可能是对损耗的指示。这样的情况会导致CPU 340转换到寿命终结模式30。
流率传感器不仅在判断过滤器内部的堵塞时有用，而且还可以用于判断过滤器的完整性。例如，如果由传感器之一所确定的流率出现显著的增加，就可能存在完整性的问题。一个或多个传感器处所测量到的流率的突然增加可能意味着过滤器的膜已破裂，由此在即刻间增加流动。所以，流率的增加能够导致CPU转换到寿命终结模式30。完整性的问题也可以通过使用压力传感器来检测。正如本领域的技术人员已知的那样，两点之间的压力差可以用于确定流经该两点之间的流体的流率。这些压力传感器可以连接到处理单元从而使得处理器可以监测跨越整个膜厚度的压力差来寻找完整性问题的迹象。
但是，堵塞并非我们唯一关注的问题。在一定的情况下，可能发生暂时的阻塞。在一些环境下(例如在发酵反应器中)，反应的材料或副产品，如蛋白质泡沫，可能会积聚在顶部表面上并且被向上推。当其到达表面时，泡沫在接触到该表面时会破裂，并且泡沫随着气体的释放可能会飞溅。有时，该材料可能飞溅到过滤器元件上，导致其堵塞。在一些实施方式中，这种堵塞并非永久性的，且其可以通过充分加热使溅射的材料蒸发来加以调整。在这样的情形下，处理单元340可以监测到通过过滤器的某个特定部分的流率的突然变化。基于此，处理单元可以将其视为某个所测量参数的一个意外的劣化，如图1所示。随后CPU 340移至再生模式20，其中将会尝试矫正动作。在这一实施方式中，若假设这种变化是由于飞溅引起的话，则CPU 340可以向加热元件施加大量的电流。随后，处理单元将继续监测通过过滤器这一部分的流率。如果流率改善，那么该假设是正确的，且处理单元将会返回操作模式10。
然而，如果在预定的时间段内，流率没有改善为某一特定值，则处理单元能够判定该过滤器已经被充分堵塞从而使得仅靠加热不能用以纠正这种状况。在这样的情形下，处理单元可以转换到寿命终结模式30，并且通过使用报警器380告知操作人员。
在另一种实施方式中，可以通过使用一个压力传感器来监测容器内的压力中所出现的一个突然的增加，从而检测到该意外的劣化15。该增加可能是由于响应于如上文所述的暂时性的堵塞引起。在检测到这样一个压力变化后，可以执行上述的步骤以尝试着从过滤器元件蒸发出材料。如果状况没有得到纠正，处理单元可以通过使用一个警报告知操作人员。
根据图5所示的实施方式，处理器可以与一定数目的不同类型的传感器进行通讯。如前文所述，温度传感器可以用于维持过滤器的预定温度，和用于计算流率。压力传感器可以用于流率或完整性测试。还可以使用其它类型的传感器。例如，在生物反应器中，可以知道的是，反应的亚化合物通过改变表面能量而对过滤器膜的疏水性产生有害的影响。为了应对这种情况，生物反应器内的材料的液位被保持得足够低从而不会到达通风过滤器。但是，过多的泡沫或溅射会使得材料到达通风过滤器。可以使用一个与处理单元相结合的电导传感器来预报这种状况，并且准备处理将要到来的接触。
实施例2-颗料物过滤器
在另一种实施方式中，上文所述的技术可以用在颗粒物过滤系统中，颗粒物例如来自于生物反应器中的细胞残骸或来自于红酒中的结晶体。
图10显示了用于颗粒物的过滤系统，颗粒物例如来自生物反应器的细胞残骸或来自红酒的结晶体。其包括壳体702，该壳体包含一个或多个过滤器704。过滤器704附连到壳体的出口706从而使得到达出口706的全部滤出液在此前首先通过过滤器704。壳体702还有一个入口708，其来自于待过滤流体的源。出口706的下游是一个再循环回路710，其经由第一电子执行阀714(例如一个电磁阀)而连接至出口706，并且经由第二电子控制阀718连接至壳体702的侧面。在正常的关闭位置，离开出口706的滤出液向下游排出至下一个位置718，例如一个贮存容器或一个额外的净化步骤。进口708也有一个邻近着壳体702安装的电子控制阀732。
过滤器704具有一个安装在过滤器材料上游侧上的第一传感器720和一个安装在过滤器材料下游的第二传感器722。两个传感器720和722都可以包括一个无线通讯设备，例如RFID标签。一个额外的计算逻辑设备例如PID控制器或是CPU 724与这两个传感器720、722保持通讯。该CPU 724能够将来自这两个传感器720、722的信号与组已知的参数进行比较和对照。处理单元724还能够控制阀714和718，例如分别经由每个阀714、718和732中各自所包含有的无线通讯设备726、728、734，或是经由有线通讯。该无线通讯设备可以是任何适用的类型，包括但不限于RFID设备和Zigbee设备。CPU724能够按照需要致动或退动所述阀714、718、732。传感器720、722和处理单元724可以被遥控供电，例如通过设置在壳体702的出口处的感应耦合设备(inductive couplingdevice)。阀714、718和732中的无线通讯设备726、728和734以及阀714、718和732自身均可以由通往系统电源(未示出)的硬件导线电连接来供电。
含有待去除晶体的未经过滤的红酒从入口708进入壳体702，并且通过过滤器(例如可以从Millipore Corporation购得到的
Figure GSA00000056604100161
过滤器)到达系统的出口706。该第一和第二传感器720、722被处理单元724按一定时间间隔来加以监测，例如每2分钟一次。在这一实施方式中，不需要维护动作来保持过滤器处于操作模式10。
但是，当发现两个传感器720、722之间的压力值之间存在的差异大于某个预定量，例如2psig时，处理单元724启动一个矫正动作。处理单元724发送一个信号使得阀712和718开启而阀732关闭。在这一实施方式中，图2所示的执行器实际上位于过滤器元件外部，然而却他们受到位于过滤器元件内部的处理单元的控制。但是，另一种实施方式将执行器和阀布置在过滤器壳体内部从而改善了响应时间和测量及纠正动作的灵敏度。
该纠正动作使来自出口706的滤出液改向，并经由再循环回路710在邻近于过滤器704外部的、阀718所位于的一点处流回到壳体702内。这使得所有积累的沉淀物都从过滤器704的外表面上去除掉。这样的冲洗可以持续固定的时间长度，例如30秒钟。在已经过预定的时间周期后，处理单元724随后命令阀712和718关闭而阀732开启。阀744随后开启以排空回路710。然后处理单元724将来自两个传感器720、722的信号与一组已知的参数进行比较和对照，此时系统复原到其的向前流动/过滤的序列。
在冲洗也不能改善过滤时(通过维持压力差在规定压差范围内)，处理单元724会再次尝试矫正动作(例如冲洗)并再次测量和将压力差与设定标准进行比较。
如果该差值仍不属于规定范围内，那么处理单元随后将转换到寿命终结模式30，发送警报(未示出)，指示操作人员过滤器需要更换。
如果冲洗使压力差回复到可接受值时，则处理单元724返回操作模式10，只是继续监测传感器720和722之间的差压。
在一种该实例不同的实施方式中，压力传感器720、722被流率传感器替代。此时处理单元724监测通过过滤器的流率以便作出其关于模式转换和矫正动作方面的判定。除了这个差别外，系统的功能与前述内容等同。在另一种实施方式中，一个单独的流率传感器被安置到过滤器的下游侧上，并受到处理单元724的监测。处理单元724不是测量流率的差值，而是处理单元724仅监测通过过滤器的绝对流率。
实施例3-TFF过滤器
切向流过滤器(TFF)通常用于从滤出液中分离蛋白质。由于蛋白质会堵塞膜，所以流体流以切线方向通过膜。图11a图示了传统过滤器的流动，其中流体流向膜表面或垂直于膜表面流动。图11b图示了TFF过滤器的操作，其中流体与膜表面相切地流动。这使得几乎没有颗粒物聚集到膜上，由此减少了堵塞发生。
图12示出了传统的浓缩TFF系统。来自给料槽800的流体在迂回路径中被泵送到TFF过滤器810并返回到给料槽800。TFF过滤器810过滤来自流体的滤出液，并通过滤出液流820而排出系统。随着该过程的继续，截留物的浓度增加。在每一次流体在过滤器膜表面上通过期间，所施加的压力迫使一部分流体穿过膜并进入滤出液流820。结果是形成进料浓度的一个梯度，其从通道中心处的总体浓度到膜表面处的较高浓度的壁面条件(wall conditions)。而且随着渐渐地更多的流体穿过到达滤出液侧，还存在着一个沿进料通道长度从入口到出口(截留物)的浓度梯度。
图14图示了上文所述的流动和受力，其中参数定义如下：
QF：给料流率(L/h)
QR：截留物流率(L/h)
Qf：滤出液流率(L/h)
Cb：总体溶液中的组分浓度(g/L)
Cw：膜表面处的组分浓度(g/L)
CF：滤出液流中的组分浓度(g/L)
TMP：跨越所述膜上而施加的压力(bar)
跨膜压力(TMP)被定义为跨越过TFF膜两侧的压力差。如图12所示，其为流体侧上的平均压力，通常定义成给料压力830和截留物压力840的平均值，低于滤出液侧上的压力。
人们已经了解到，将TMP维持在一定的范围内能够改善TFF过滤器的操作和性能。通常，尤其在工艺的起始阶段，会发生非常高的壁面浓度和严重的膜结垢。为了减少滤出液流率并且使TMP能被控制在一个可靠的TFF操作所要求的较低的值，必须对滤出液流动进行控制。
在一种受控流的过滤操作中，滤出液管线上的一个泵或阀860将滤出液流限制在一个设定值，如图13所示。除了减少滤出液流以保持足够的切向流之外，其在滤出液管线中产生压力以降低TMP而给料压力和截留物压力保持固定不变。
通过监测给料压力和截留物压力，就有可能判断过滤器的滤出液侧上的最佳压力。随后调整滤出液泵或阀860以达到这一压力。
在已经对TFF过滤器的典型操作进行限定后，下面将对自主TFF过滤器的使用加以说明。
如图15所示，过滤器900具有一个安装在过滤器膜上游侧上的第一传感器920和一个安装在过滤器膜下游的第二传感器922。两个传感器都靠近过滤器的相对侧，无需并且优选地不接触膜本身，以至不使得过滤功能降级。例如它们可以位于与过滤器相对侧邻近的给料和滤出液通道内。它们还可以安装在两个通道中任一个的内壁上或类似位置。两个传感器920、922均可以包含一个无线通讯设备，例如RFID标签。一个附加的计算逻辑设备，诸如如PID控制器或CPU 924，与这两个传感器920、922进行通讯。该CPU 924能够将来自这两个传感器920、922的信号与一组已知的参数进行比较和对照。比如通过阀或泵914内含有的无线通讯设备926、或是通过有线通讯，处理单元924还能够控制阀或泵914。该无线通讯设备可以是任何适用的类型，包括但不限于RFID设备，蓝牙设备和Zigbee设备。CPU 924能够按照需要致动或退动阀或泵914。传感器920、922和处理单元924可以被遥控供电，例如通过在壳体出口中的感应耦合设备。阀或泵914的无线通讯设备926以及阀或泵914自身可以由通往系统电源(未示出)的硬件导线供电。
如上文所述，流体切向通过过滤器膜上方。滤出液穿过膜并成为滤出液流的一部分。在一些实施方式中，该TFF过滤器不需要维护动作12。但是，在其它实施方式中，TFF过滤器中的处理单元能够经由传感器920、922而连续监测上游和下游的压力。基于这些测量值之间的差异，处理单元能够控制阀或泵914，从而间接控制下游压力和TMP。
有时，上游压力或TMP可能达到不能通过无法通过调整阀或泵914来矫正的程度。在这种情况下，过滤器可以转到再生模式20，执行一个纠正动作。在一种实施方式中，过滤器在膜上或膜附近具有一个或多个压电设备，其可以在通电时振动。在该实施方式中，控制器924能够致动该压电设备930。这些压电设备位于过滤器元件上，优选地是靠近或附着在膜上。当被驱动时，这些设备930响应于电流而振动。产生的振动使得累积在膜上的颗粒物自由脱落并随切向流带走，由此降低了上游的压力。尽管压电设备产生了所需的振动并由此使得累积的材料松动，但还可以使用其它的机构或电子设备。例如，人们已知蛋白质在用于凝胶电泳时是电极性的，因此可以通过使用一个临时的电动势来将蛋白质从膜表面临时地抽出。
如果这种情况发生，处理单元924随后返回正常操作模式10。然而，如果使用振动或其它方法在移除颗粒物时没有成功，处理单元会一次或多次地尝试再生动作。如果在预定次数的尝试之后，该动作不能去除颗粒物，处理器924可以转换到寿命终结模式30。在该模式下，处理单元向操作人员报警，如前文所述的那样。
在可选择的布置中，可以使用流体从滤出液侧穿过膜至进料侧进行的反向冲洗，来从膜的给料侧表面上疏通所累积的颗粒物。滤出液泵860能够反向运转并抽回滤出液使其穿过膜。当需要或要求实现反向冲洗时，料泵850既可以关闭也可以被降低转速。随后反向冲洗的滤出液通过截留物管线回流到给料槽。作为另一种可选择的布置，缓冲溶液可以从滤出液侧给料并穿过膜来对膜进行反向冲洗，从而使滤出液不需要被过滤两次。
如果这发生后，处理单元924随后返回正常操作模式10。然而，如果反向冲洗没有成功地移除颗粒物，处理单元会一次或多次地尝试再生动作。如果在预定次数的尝试之后，该动作不能去除颗粒物，处理器924可以转换到寿命的终结模式30。在该模式下，处理单元向操作人员报警，如前文所述的那样。
在每一种这样的状况下，本发明检测问题并警告操作人员该问题。该报警机构可以是各种类型。在一些实施方式中，使用例如视觉或听觉的感官报警。在这些情况下，一个LED会被点亮或者是一个设备会发出声响来指示必须由操作人员干预的状况。在其它实施方式中，关于错误的信息被无线地传送到一个遥控设备，该设备接收该无线传送，并且随后警告操作人员，例如通过一个在视频显示单元上的图形来完成。
本发明的过滤器适于维持过滤元件的操作状况，从暂时的错误状况下恢复，并向操作人员报告不可校正的错误。
处理单元还能够检测在流率和/或压力方面的突发的变化，该变化可能暗示着一个瞬时的错误，例如材料溅射。基于这种假设，处理单元能够使用再生技术来尝试解决该问题，例如通过提升温度。
最后，在过滤器堵塞且处理单元也不能矫正的情况下，可以向操作人员发送警报，这意味着该过滤元件需要维修。
上述的实施例显示了本发明的数种实施方式。在全部的实施方式中，过滤器元件包括一个能够在三种不同模式下操作的处理单元，和至少一个传感器。该传感器可以是压力传感器、温度传感器、流率传感器、pH传感器、或是其它任何适用的类型。此外，该处理单元能够控制至少一个执行器，该执行器在再生模式期间使用。在一些实施方式中，该处理单元还能够控制至少一个执行器，在正常模式下的维护动作期间使用。需要指出的是，在一些情况下，例如实施例1，处理单元、传感器和执行器都被包含在过滤器内部。在其它实施方式下，例如实施例2，执行器与过滤器分开放置。，但是受到过滤器内部的处理单元的控制。最后，在实施例3中，一个执行器安装在过滤器上，而第二个执行器与过滤器分开放置。
在此使用的术语和措辞是用于说明而非限制，而且这些术语和措辞的使用并不排除其它的等同表述。同时还应当认识到在权利要求范围内的各种可能的变化。其它的改进、变化和选择也是可能的。因此，之前只是通过举例的方式进行说明而非限制。

Claims (26)

1.一种自主过滤设备，包括： 
a、一个过滤器元件，该元件具有一个供流体通过的膜、且具有用以支撑所述膜的壳体； 
b、至少一个位于所述过滤器元件内的传感器，适于监测与所述过滤设备相关的至少一个参数； 
c、一个用于向操作人员显示警报的报警机构；以及 
d、一个处理单元，其与所述传感器与所述机构通信，且适于控制一个执行器，其中，所述处理单元适于基于所述至少一个参数在第一模式、第二模式和第三模式之间转换，第一模式用于正常操作，第二模式用于控制所述执行器以再生所述过滤器元件，第三模式用于激活所述报警机构， 
其中，当所述至少一个参数处于可接受的范围之外时，所述处理单元从所述第一模式转换到所述第二模式； 
所述执行器影响所述至少一个参数； 
当被影响的所述至少一个参数回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到所述第一模式； 
当被影响的所述至少一个参数没有回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到所述第三模式。 
2.如权利要求1中的元件，其中，所述执行器选自包括以下的组之中：压电设备、电动势设备、加热元件、阀和泵。 
3.一种用于排出流体的设备，其包括： 
a.过滤器元件，该元件具有供流体通过的膜和用以支撑所述膜的壳体； 
b.至少一个位于所述过滤器元件内的加热元件，适于加热所述膜； 
c.至少一个位于所述过滤器元件内的传感器，适于监测所述过滤器元件的温度；以及 
d.处理单元，所述处理单元与所述传感器和所述加热元件通信，其中，所述处理单元适于基于所述温度在第一模式、第二模式和第三模式之间转换，其中，所述第一模式用于正常操作，所述第二模式用于控制所述加热元件以再生所述过滤器元件，并且所述第三模式用于激活报警机构， 
其中，当所述温度处于可接受的范围之外时，所述处理单元从所述第一模 式转换到所述第二模式； 
所述加热元件被控制以调节所述温度； 
当被调节的所述温度回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到所述第一模式；以及 
当被调节的所述温度没有回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到所述第三模式。 
4.如权利要求3中的设备，其中，所述设备适于从容器中排出流体。 
5.如权利要求4中的设备，其中，所述流体包括气体。 
6.如权利要求3中的设备，其还包括感应回路，适于将电磁场能量转化为电力。 
7.如权利要求3中的设备，其还包括第一温度传感器，适于测量所述过滤器元件的温度。 
8.如权利要求7中的设备，其中，所述处理单元基于来自所述第一温度传感器的数据来调节所述过滤器元件的温度。 
9.如权利要求3中的设备，其中，所述调节包括改变通过所述加热元件的电流。 
10.如权利要求7中的设备，其还包括压力传感器，其中，所述处理单元基于来自所述第一温度传感器和所述压力传感器的数据而调节所述过滤器元件的温度。 
11.如权利要求10中的设备，其中，所述处理单元将所述数据与预先设定的一组值进行比较以调节所述过滤器元件的温度。 
12.如权利要求11中的设备，其还包括存储元件，其中，所述预先设定的一组值储存在所述存储元件中，并且所述预先设定的一组值包括一个相图。 
13.如权利要求7中的设备，其还包括第二温度传感器。 
14.如权利要求13中的设备，其中，所述加热元件和所述过滤器元件定位于所述第一温度传感器与所述第二温度传感器之间，以便构成流率传感器。 
15.如权利要求14中的设备，其中，所述处理单元基于来自所述第一 温度传感器和第二温度传感器的数据来测定流率。 
16.如权利要求14中的设备，其中，所述设备包括多个流率传感器，适于在所述过滤器元件内的不同点处测量流体流动。 
17.如权利要求7中的设备，其还包括一个流速计用于测量所述流体的流率。 
18.如权利要求17中的设备，其中，所述设备包括多个流速计，适于在所述过滤器元件内的不同点处测量流体流动。 
19.如权利要求7中的设备，其中，所述第一温度传感器通过无线方式与所述处理单元通信。 
20.一种防止过滤器元件堵塞的方法，包括以下步骤： 
a、提供过滤器元件，该元件具有供流体通过的膜和支撑该膜的壳体，和位于所述过滤器元件内的适于加热所述膜的加热元件； 
b、提供接近所述过滤器元件的温度传感器，和与所述传感器及所述加热元件通信的处理单元，所述处理单元适于接受来自所述传感器的数据； 
c、当所述数据处于可接受的范围之内时，所述处理单元以第一模式操作所述过滤器元件，所述第一模式用于调节所述过滤器元件内的所述加热元件的温度以最小化所述膜上的凝聚； 
d、当所述数据处于可接受的范围之外时，所述处理单元从所述第一模式转换到第二模式，所述第二模式用于控制所述加热元件以执行纠正动作； 
e、当执行所述纠正动作之后所述数据回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到所述第一模式；以及 
f、当执行所述纠正动作之后所述数据没有回到所述可接受的范围之内时，所述处理单元从所述第二模式转换到第三模式，所述第三模式用于激活报警机构。 
21.如权利要求20中的方法，其中，所述加热元件包括有电流通过的电阻元件，并且所述处理单元通过改变经过所述加热元件的电流来调节所述过滤器的温度。 
22.如权利要求20中的方法，其还包括提供接近所述过滤器元件的压力传感器，所述压力传感器与所述处理单元通信。 
23.如权利要求22中的方法，其中，所述处理单元将来自所述压力传感器和所述温度传感器的读数与预先设定的一组值进行比较，并基于所述比较来调节通过所述加热元件的电流。 
24.如权利要求23中的方法，其中，所述预先设定的一组值包括一个相图。 
25.一种提供过滤器元件状况的方法，包括以下步骤： 
a、提供过滤器元件，该元件具有供所述流体通过的膜和支撑该膜的壳体、位于所述过滤器元件内的且适于加热所述膜的加热元件、以及分别位于所述膜和所述加热元件这两侧上的第一温度传感器和第二温度传感器、以及与所述传感器和所述加热元件相连通的处理单元； 
b、基于所述第一温度传感器和所述第二温度传感器之间的温度差监测通过所述膜的流率； 
c、如果所述流率降低到低于第一预定水平，执行纠正动作；以及 
d、如果在所述纠正动作之后流率保持低于所述第一预定水平，向操作人员报警，所述降低指示了所述膜已被堵塞。 
26.如权利要求25中的方法，其还包括当流率增加到高于第二预定水平时，向操作人员报警，所述增加指示了过滤器完整性存在问题。 
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