CN103002965B - 一次性使用的过滤模块、制造该类过滤模块的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
一种一次性使用过滤模块（1），具有闭合的并且至少部分柔性的，优选可膨胀的罩壳（3）作为过滤壳体（2），在所述闭合的罩壳（3）中有未过滤液腔体（9）和至少一个通过所述罩壳（3）到达所述未过滤液腔体（9）的第一开口（10），至少一个通过所述罩壳（3）的用于导出滤液的第二开口（8）以及一个或者多个容纳在所述罩壳（3）中的盘形的过滤元件（14），并且所述过滤元件的内部连接到所述第二开口（8），其中，所述罩壳（3）中存在与周围的标准大气压相关的负压。
Description
本发明属于过滤技术领域。具体涉及一种一次性使用的过滤模块，并且涉及一种制造具有独立权利要求的前序特征的该类过滤模块的方法及其应用。
具体而言，近来在化学、药学和生物技术工业中发展出一种趋势，即所有的处理步骤都在称为“一次性”的东西中或者在一次性产品中实施。从而避免了昂贵并且复杂的清理，并且降低了其验证以及交叉污染的风险。用于该应用的过滤模块可以具有，例如，构成过滤壳体的柔性罩壳。偶然发现了具有柔性罩壳的一次性使用的过滤模块，具体地，为了维持一个可接受的流速，必须提供大的过滤表面积。与具有刚性罩壳的过滤模块相比，使用具有常规低壁厚的柔性罩壳的过滤模块可以节省相当多的材料。
例如，WO2009/132864A1公开了这样的一次性过滤模块。这些过滤模块具有柔性闭合罩壳。盘形过滤元件排列在该罩壳中。为了能在高压下使用这些过滤模块，过滤模块被引入到限定该过滤模块的位置、方向和空间尺寸的特殊定位框中。因此，为了密封该柔性罩壳，必须将该罩壳制造得比所需的显著更大，而将这些过滤模块引入到定位框中明显有困难。因此，将过滤模块引入到，例如，管状定位框中时，所述罩壳能够相对于过滤元件移动，在最糟糕的情况下，压力下的操作能引起罩壳破裂。
本发明的目的是克服现有技术的缺陷。具体地，提供一种可以简便操作并且不费力地引入到相应定位框中的一次性使用的过滤模块。此外，即使在高压下，也能确保安全操作。
该目的通过独立权利要求所限定的本发明来实现。其它实施方案源于从属权利要求。
根据本发明，一次性使用的过滤模块具有闭合的并且至少部分柔性的罩壳作为过滤壳体，所述过滤模块包括，在所述闭合罩壳中的未过滤液腔体，以及容纳于罩壳中的，一个或者多个，特别地为盘形的过滤元件。所述罩壳包括至少一个通过罩壳到达未过滤液腔的第一开口和至少一个用于通过所述罩壳导出滤液的第二开口。所述过滤元件通过其内部连接到所述第二开口。根据本发明，在闭合的罩壳中，存在与周围的标准大气压相关的负表压。当然，该负表压仅存在于传递状态，或者将所述过滤模块安装到定位框期间，或者在所述过滤模块使用或开启之前。具体地，在实际的过滤处理期间，所述负表压不再存在。
与周围的标准大气压相关的负表压通常指小于960hPa的压力。优选地，该压力小于900hPa，特别优选地，小于800hPa。所述罩壳中压力降低与标准大气压相关，所述压力能确保所述罩壳位于所述罩壳内部的所述过滤元件上。因此，所述过滤模块能够简单地容纳在定位框中，而所述罩壳没有相对于所述过滤元件移动。
明显地，这样的负表压只有在所述罩壳和所述开口紧密地闭合或者密封时才能够维持。为了这个目的，所述开口可以包括特殊部件，例如阀门和/封闭阻塞件。除了阀门或者封闭阻塞件，所述开口也可以紧密地结合到被紧紧地密封的连接线上。为了能够免除所述阀门或者封闭阻塞件，该连接线可以，例如，紧密地焊接。此外，所述罩壳由气密性材料制造而成。
本文的柔性是指一种组件，类似于薄塑料膜，能容易地用手弯曲或者折叠而不被破坏。在过滤模块停用期间，柔性罩壳可以不出问题地以这样的方式折叠并贴靠于所述过滤元件，以使所述过滤模块的外部尺寸与所包封的过滤元件的外部尺寸一致。在操作压力下以及在限制尺寸的定位框中，所述罩壳被折叠到接近该框的内部尺寸。
所述罩壳可以这样的方式延伸以使得在操作中，它能够最佳地适合尺寸被限定的定位框的形状。即使在所述罩壳或者所述过滤模块被错误放置在所述定位框中的事件中，这样也能确保压力下的所述罩壳不被撕裂，而是能够相应地膨胀。
当前情况下，可延伸的是指相应组件能够在张力下延展，也就是说，其纵向延伸变化。在这种情况下，所述罩壳材料断裂时的延伸至少为10%，优选地，至少20%或更多。可延伸的罩壳可以在操作压力加载的压力下，与其形状无关地均匀延伸，并且从内部贴靠于用于接受所述过滤模块的限定尺寸的定位框。可以例如，通过合适的材料选择和/通过降低所述罩壳的壁厚度来实现柔性设计，这在生产过程中的材料消耗中有益地体现出来。通过合适的材料选择，甚至可以实现能够承担并且抵消，例如，过滤装置中的压力差异的可延伸的罩壳。在这种情况下，过滤的操作压力为0到8bar，优选0.1到2.5bar。在可延伸的罩壳的情况下，必须通过周围结构将最大延伸限制到低于破裂时的延伸值，优选地，低于其弹性极限的值。例如，以这样的方式将一个用于容纳具有柔性罩壳的过滤模块的圆柱框制成需要的尺寸，使得其内径最大比过滤模块的盘形过滤元件的直径大50%，优选地，大5%到20%。在这种情况下，罩壳的壁厚度为10μm到1000μm，优选100μm到500μm，更优选200μm到250μm。
已经发现优选地以这种方式将所述罩壳内部的腔体排空，以使所述罩壳的压力小于900hPa，更优选的小于800hPa。例如，通过这样的负表压，使用者可以简单证实所述罩壳是密封的。同时，也便于监测无菌膜是否仍然无菌，这是有利的，特别是在制药的应用中。
通过在一个共享的罩壳中使用多个过滤元件，流速可以在恒定的过滤压力下升高。
所述过滤元件可以是预涂层过滤器，优选地结合深层过滤器，并且包括位于单个过滤元件之间的预涂层腔体。在预涂层过滤期间，该预涂层腔体用于建立预涂层滤饼。预涂层过滤实质上是指助滤剂，例如硅藻土，所述硅藻土形成多孔滤片，在过滤之前或者过滤期间浮在支撑材料上。出于该目的，在实际过滤之前可以，使用单独的流体或者待过滤的流体将助滤剂引入预涂层相。任选地，助滤剂还可以以这样的方式在整个过滤期间与待过滤的流体一起被引入，以使所述预涂层滤饼不断地增加。这能够阻止多孔滤片被污垢物质堵塞并导致流速降低。
这些过滤元件相互之间以及与所述罩壳间以这样的方式隔开，以使每个过滤元件的预涂层腔体不与所述罩壳、另一个过滤元件或者另一个过滤元件的预涂层腔体接触，所述每个过滤元件的预涂层腔体在朝向未过滤液腔体的方向作为间隔一定距离的包围曲面（encasing curve）包围滤片。这确保了即使在最大量建立预涂层滤饼的情况下，滤饼的整个表面积仍被利用，并且通过过滤模块的流速没有降低。从滤片到包围曲面的距离，同时也是预涂层滤饼或者预涂层腔体的最大厚度，通常在5mm到100mm，优选地为10mm到50mm，更优选地为15mm到25mm。为了确保最佳过滤输出量，在所述预涂层滤饼相互之间以及与所述封闭罩壳之间，始终要确保一个空闲腔体，通常为1mm到10mm，优选1mm到5mm。如果所述腔体低于该值，并且所述滤饼因此相互接触，恒定操作压力下的流速会降低，并且不均匀的压力负荷可以使过滤元件变形。在完全形成预涂层滤饼的情况下，为了不使单个过滤元件因为其自身重量而变形，将它们相互之间固定，优选通过安置在外周的间隔片固定。
所述罩壳可以由多个塑料片组成，优选聚乙烯（PP）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）、[乙烯-乙烯醇]共聚物（EVOH）、聚砜（PSU）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、乙烯-醋酸乙烯酯（EVA）、聚碳酸酯（PC）、聚偏二氯乙烯（PVDC）、聚烯烃和/或聚氯乙烯（PVC）。使用塑料作为过滤模块的罩壳的材料允许特别的有效制造方法，例如挤出成型，拉延成型等，在单次使用情况下，这导致成本减少。通过多层结构，不同塑料的材料属性能够被组合。除了所述材料外，由于特别的材料性能，例如，在处理期间的环境行为、成本、重量、加工性能等而合适的其他材料或材料组合同样也是可以考虑的。
已经发现内部塑料片优选由PE构成，这是因为该材料的特征是低的吸水性和高的耐溶剂性。为了确保更高的强度，外部片可以由例如PA组成。
所述罩壳可以由两个平板层制造。该平板层可以简单地围绕其边缘连接，以形成闭合的形状。例如，该层可以被焊接。在该上下文中焊接理解为相当于密封。在这种情况下，所述平板层可以连接成多边形的形状。这种形状能通过直焊缝简单地制造。根据过滤元件的尺寸和数目，两层优选地连接形成八边形，例如，与过滤元件的平面大致平行，或形成矩形，例如，与通过过滤元件的轴线大致平行。所述罩壳也可以由管状膜制造，所述管状膜在两侧连接以形成闭合的形状。这样的形状减少了所需焊缝的数量。
根据本发明，一种制造一次性使用的过滤模块的方法，包括以下步骤：
a）提供一个或多个过滤元件，
b）提供袋状罩壳，所述袋装罩壳具有至少一个作为未过滤液入口的第一开口和一个通过所述罩壳的作为滤液出口的第二开口，
c）将所述第二开口连接到所述过滤元件的内部，
d）将所述过滤元件引入到所述袋状罩壳中，
e）将所述罩壳密封，
f）将所述罩壳抽空，特别是通过所述开口中的至少一个进行抽空，
g）将抽空所需的所述开口密封。
步骤c）和d）可以以任何所需的顺序实施。同样地，如果抽空通过尚未密封侧进行，可以在密封前抽空所述罩壳。
因为在填充期间所述柔性罩壳靠向过滤元件放置并且不能相对于过滤元件移动，因此当填充定位框时，使用根据本发明所述的过滤模块用于预涂层过滤提供了大量的时间结余。特别是在必须满足提高的纯度要求的应用的情况下，例如，在化学、制药和生物技术行业中，因此已知预涂层过滤器可以用于过滤系统，没有在过滤操作后需要用复杂方式清洗的过滤器壳体，此外，这也使得相应清洗过程的验证不必要进行。如果过滤模块被适当抽空，使用者可以简单地确定过滤模块是否不透气并且不透液地与环境隔离。所述系统由外来物质引起的污染也能相应地被排除。
参照仅显示典型实施方案的附图，本发明将在下文中更详细的描述。在附图中：
图1显示了根据本发明的过滤模块的八边形闭合罩壳的示意性描述，
图2显示了根据图1的过滤模块的描述，
图3显示了抽空状态下的根据图2的过滤模块，
图4显示了根据本发明的过滤模块的矩形闭合罩壳的示意性描述，
图5显示了安装在定位框中的根据图2的抽空的过滤模块的横截面，
图6显示了根据图5的描述，其中过滤组件过滤模块还没有抽空，并且所述罩壳贴靠于定位框，
图7显示了抽空的过滤模块横截面的部分区域，以及
图8显示了过滤模块的根据图5的如预期使用时的部分区域。
图1显示了根据本发明的过滤模块1的八边形闭合罩壳3的示意性描述。罩壳3由两个塑料材料的平板层构成。在该情况下，这两个平板层通过围绕其边缘的焊缝4连接。在大致中心处设置了连接元件5。所述连接元件5用于将所述过滤模块1定位到定位框中。此外，连接元件5还包括开口8、10，作为未过滤液的入口和过滤液的出口。任选地，在相对侧可以提供一个额外的开口，用于未过滤液腔体的排气。图中没有示出设置在罩壳3内部的过滤元件。
图2显示了图1的过滤模块1的透视图。该情况下，所述罩壳3被构造为透明的，但是，这不是强制性的。围绕其边缘可以识别焊缝4。连接元件5装备有管6，其将排气开口17连接于未过滤液腔体9。管6基本上用于未过滤液腔体9的排气。开口8和10（参见图1）分别作为未过滤液的入口和滤液的出口，此处不可见。在罩壳3的内部，在未过滤液腔体9中，设置了三个过滤元件14，它们堆叠放置并彼此连接。在这些过滤元件14的两侧均具有预涂层腔体16（参见图5）。罩壳包括两片厚度为250μm的塑料。在这种情况下，内层由PE构成，并且外层由PA构成。因为示出的过滤模块1仅具有三个过滤元件14，所以所显示的罩壳3由两个与过滤元件14的平面大致平行设置的两层焊接构成则是有利的。对于制造具有较大数量的过滤元件的过滤模块，如图4所示的罩壳更合适。
图3示出抽真空状态下的根据图2的过滤模块。过滤模块的内部压力是800hPa。可以清楚地看出，罩壳3是如何贴靠于过滤元件14的。如果罩壳3与预期相反，在插入定位框之前被损坏，使用者能容易地识别，因为那时罩壳3不再贴靠于过滤元件14放置。随后产生的情形可能如图2所示。另外可以识别作为未过滤液入口和未过滤液出口的管12和管13，它们连接到相应的开口。三个管6、12和13中的每一个装备有阀19，用来夹紧所述管。
图4示出了根据本发明的过滤模块1的矩形闭合罩壳3的示意性描述。再次围绕边缘构造焊缝4并且连接两个平面塑料层。开口17插入罩壳3中。为了连接元件（未示出），凹入部7被装备，将连接元件引入其中并且能够紧密连接。这样的连接元件仍然具有作为未过滤液入口和滤液出口的两个开口。在这样的罩壳3中，优选地以这样的方式安置过滤元件，以使通过过滤元件的轴大致平行于矩形闭合罩壳3较长的一侧。
图5示出了安装在定位框20中的根据图2的抽空的过滤模块1的横截面。可清楚地看出，罩壳3贴靠于过滤元件14。这种情况下，罩壳形成折叠23，然而不妨碍其安装。定位框20明显被构造的比过滤元件14所需的更大。此外，定位框20有一个闭合盖21和一个底部22。为了引入过滤模块1，闭合盖21能够移除，从而打开定位框20。过滤模块1以这样的方式被引入到定位框21中，以使连接元件5与两个管12和13一起被固定在底部22的凹入部，因此可以自由地从外部进入管12和13。当定位框20闭合时，管6穿过在闭合盖21中的开口，因此也可以从外部进入管6。
图6示出当过滤模块1不被抽空时的状态。那么，罩壳3贴靠于定位框20，其中，折叠23（参见图5）在很大程度上已经松弛。
图7和图8示出过滤模块的部分区域的横截面。在这种情况下，图7示出抽真空状态下的过滤模块，并且示出没有预涂层滤饼的过滤元件14。罩壳3贴靠于过滤元件14，甚至部分伸入到未过滤液腔体9中。相反地，图8示出在过滤期间如所示使用时的具有建立的预涂层滤饼18的过滤模块。在这种情况下，罩壳3是展开的并且贴靠于定位框（图中未示出）。图7中的预涂层腔体16通过虚线示出。过滤元件14相互之间以及与所述罩壳3间以这样的方式间隔，以使每个过滤元件14的预涂层腔体16不与所述罩壳、另一个过滤元件14或者另一个过滤元件14的预涂层腔体16接触，所述每个过滤元件14的预涂层腔体16在朝向未过滤液腔体9的方向作为间隔一定距离D的包围曲面包围滤片15。在示出的该典型实施方案中，滤片15和包围曲面之间的最大距离D或者预涂层滤饼18的最大厚度为20mm，但是它的尺寸根据应用也可以有所不同。理想地，两个邻近的，完全预涂的滤饼18之间的中间腔体为1mm到5mm。待过滤的未过滤液的流动在图8中通过箭头示出。未过滤液从未过滤液腔体9离开，通过预涂层滤饼18到过滤元件14中并且进入过滤元件14的内部，到达滤液出口管线11。来自单个过滤元件14的滤液在滤液出口管线11中被收集并且导入到相应的开口。过滤元件14两侧都具有预涂层滤饼18。
Claims (25)
1.一种一次性使用的过滤模块(1)，具有闭合的并且至少部分柔性的、作为过滤壳体的罩壳(3)，位于闭合的所述罩壳(3)中的未过滤液腔体(9)和至少一个通过所述罩壳(3)到达所述未过滤液腔体(9)的第一开口(8)，至少一个通过所述罩壳(3)导出滤液的第二开口(10)以及一个或者多个容纳在罩壳(3)中的过滤元件(14)，所述这些过滤元件的内部连接于所述第二开口(10)，其特征在于，在闭合的所述罩壳(3)中存在与周围环境的标准大气压相关的负表压，所述负表压仅存在于传递状态，或在将所述过滤模块安装到定位框期间，或在所述过滤模块使用或开启之前。
2.如权利要求1所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述罩壳是可延伸的。
3.如权利要求1所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述过滤元件(14)是盘形的。
4.如权利要求1至3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述罩壳(3)紧密地闭合或者为可密封的并且由气密性材料组成。
5.如权利要求1至3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述开口(8、10)具有使其紧密闭合或者密封的部件。
6.如权利要求1到3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述过滤元件(14)是预涂层过滤器，并且包括用于在单个过滤元件(14)之间建立预涂层滤饼的预涂层腔体(16)。
7.如权利要求6所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述过滤元件(14)是与深层过滤器结合的预涂层过滤器。
8.如权利要求1到3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述过滤元件(14)相互之间以及与所述罩壳(3)间以这样的方式间隔，以使每个过滤元件(14)的预涂层腔体(16)不与所述罩壳(3)、另一个过滤元件(14)或者另一个过滤元件(14)的预涂层腔体(16)接触，所述每个过滤元件(14)的预涂层腔体(16)在朝向未过滤液腔体(9)的方向上作为包围曲面在一定距离处包围滤片(15)。
9.如权利要求8所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述距离为5到100mm。
10.如权利要求8所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述距离为10到50mm。
11.如权利要求8所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述距离为15到25mm。
12.如权利要求1到3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述罩壳(3)包括多个塑料片。
13.如权利要求12所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述塑料片由PA、EVOH、PSU、PET、EVA、PC、PVdC、聚烯烃和PVC中的至少一种制成。
14.如权利要求12所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，最里面的塑料片由PE构成。
15.如权利要求12所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，最外面的塑料片由PA构成。
16.如权利要求12所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，最里面的塑料片由PE构成，并且最外面的塑料片由PA构成。
17.如权利要求1到3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述罩壳(3)由两个平板层制造，所述两个平板层围绕其边缘连接以形成闭合形状。
18.如权利要求17所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述平板层被焊接以形成闭合形状。
19.如权利要求17所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述平板层连接成多边形的形状。
20.如权利要求19所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述平板层连接成八边形或矩形的形状。
21.如权利要求1至3中任一项所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述罩壳(3)由管状膜制成，所述管状膜在两侧连接以形成闭合形状。
22.如权利要求21所述的一次性使用的过滤模块(1)，其特征在于，所述管状膜在两侧焊接以形成闭合形状。
23.一种制造一次性使用的过滤模块(1)的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供一个或多个过滤元件(14)，
-提供袋状罩壳(3)，所述袋状罩壳(3)具有通过所述罩壳的至少一个第一开口(8)和一个第二开口(10)，
-将所述第二开口(10)连接到所述过滤元件(14)的内部，
-将所述过滤元件(14)引入到所述袋状罩壳(3)中，
-将所述罩壳(3)密封，
-将所述罩壳(3)抽空，
-将抽空所需的所述开口(8、10)密封。
24.如权利要求23所述的制造一次性使用的过滤模块(1)的方法，其特征在于，通过所述开口(8、10)中的至少一个来抽空所述罩壳(3)。
25.如权利要求1到22中任一项所述的过滤模块(1)在预涂层过滤中的应用。
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