CN103702746A - 过滤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于过滤对含有固体颗粒的流体进行过滤的过滤系统。该过滤系统包括：可变形壁（3），该可变形壁（3）限定出其内部的腔室（2）；以及布置在腔室中的管状隔膜（4）。此外，该系统设置成使腔室壁分别向内和向外周期性地变形，以便对存在于腔室中、隔膜外部的流体进行过滤。

Description

过滤系统
技术领域
本发明涉及一种用于对含有固体颗粒的流体进行过滤的过滤系统，该过滤系统包括：可变形壁，该可变形壁限定出其内部的腔室；以及布置在该腔室中的管状隔膜。
背景技术
为了分析人体胃肠中的处理，需要提供一种有效的过滤系统。
与前言相应的过滤系统是已知的，其中，待过滤的流体流经置于腔室中的管道。隔膜被布置在管道的内侧。
然而，实际中出现的情况是，固体颗粒聚积在隔膜上而形成了结块，从而恶化了过滤过程。为了提高隔膜的过滤效率，结块形成能够通过应用机械过程（例如，沿着隔膜进行擦拭或施加剪流）而被抑制。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种与前言相应的系统，其中，该系统设置成使腔室壁分别向内和向外周期性地变形，以便对存在于腔室中、隔膜外部的流体进行过滤，其中，隔膜包括管状支撑元件和布置在该管状支撑元件的外表面上的隔膜层，该隔膜层包括通道，该通道的直径随着相对于管状隔膜的纵向轴线的径向偏移的增大而减小。
通过在腔室中、在隔膜的外侧提供待过滤的流体，并且通过借助于机械地改变腔室的体积而引起流体流动，有效的过滤过程能够被执行，其中结块的生长被极大地减少。运动腔室的挤压、揉捏和/或推挤作用迫使切向流沿着隔膜表面并且产生了抵制结块形成的剪切力。
有利地，根据本发明的系统实现了隔膜位于过滤管道的外侧的过滤构型，使得在原则上，不需要用以清洁隔膜的机械零件。此外，如果需要机械清洗作用，由于隔膜的外部位置，这样的过程于是能够相对较容易地执行。
本发明还涉及一种对含有固体颗粒的流体进行过滤的方法。
附图说明
现在将参考附图，仅以示例性的方式对本发明的实施例进行描述，在附图中：
图1示出了根据本发明的过滤系统的示意性剖视图，以及
图2示出了根据本发明的过滤系统的管状隔膜的示意性剖视侧视图。
附图仅仅是根据本发明的优选实施例的示意性视图。在附图中，相同的附图标记指代相同或相应的零件。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的过滤系统1的示意性剖视图。过滤系统1设置成对含有固体颗粒的流体进行过滤并且包括多个数量的限定在在可变形壁3a-d内部的腔室2a-d。此外，系统1包括布置在相应的腔室2a-d中的对应的管状隔膜4a-d。
系统包括壳体5a-d，腔室2a-d容置在壳体5a-d中。此外，过滤系统1包括多个数量的中间腔室构件6a-d和相应的中间管状隔膜7a-d，以便使腔室2和隔膜4连续地布置。在示出的实施例中，腔室2和隔膜4各自分别形成闭合回路。
应注意，隔膜4和中间隔膜7能够集成为单体元件。作为示例，第一管状隔膜4a和相邻的第二管状隔膜4b能够实施为单个隔膜，该单个隔膜包括第一隔膜4a和第二隔膜4b之间的中间管状隔膜7a。
在示出的实施例中，管状隔膜4a的纵向轴线A大体上平行于相应的腔室2a的对称轴线。在图1中，相应腔室的对称轴线Y与隔膜4a的纵向轴线A重合。
在过滤系统1的操作过程中，待过滤的流体大体上沿平行于腔室2的对称轴线Y的方向流经腔室2a-d。流动通过使腔室壁3相对于腔室2的对称轴线Y沿径向方向向内和向外周期性地变形而引起。通过使腔室壁3以蠕动运动的方式周期性地变形，产生了沿平行于对称轴线Y的方向的流体流动。
关于这一点，蠕动运动被理解为腔室壁径向对称的收缩和张弛（像沿着腔室的对称轴线Y传播的波一样地进行），从而沿着腔室的对称轴线Y沿传播方向P向前推动材料。这种蠕动运动模拟了消化道周围的平滑肌收缩时的蠕动，以推进内含物经过所述肠道。蠕动迫使食物球（称为食团或团块）沿着胃肠道移动。
通过挤压、揉捏和/或推挤腔室壁3，流体被混合并且以横向流或切向流的方式平行于隔膜的外表面被推进。按照有利的方式，产生有剪切力，该剪切力抵制了有待于从流体过滤出的固体颗粒的不希望的聚积的形成（也称为结块）。
优选地，腔室壁3包括柔性套，该柔性套能够容易地变形（例如通过在相应的壳体5的其余部分中施加欠压和/或过压）。然而，腔室壁可包括刚性部分，所述刚性部分能够径向向内和向外运动（例如，通过致动器驱动）。
由于使用了具有相应隔膜4的多个数量的腔室2，因此能够执行高效的过滤过程。此外，该过程还能够非常有效地执行。在示出的实施例中，多个数量的柔性壁3b-3d被设置在径向向内的位置，而单个柔性壁3a在径向向内的位置和径向向外的位置之间周期性地运动。然后，可用隔膜表面与腔室中的流体体积相比相对较大，从而能够在过滤过程中获得高的效率。此外，通过形成腔室和相应的隔膜管道的回路，过滤过程能够连续地执行。原则上，作为替代方案，也能够实施开链式的腔室和相应隔膜管道。此外，也能够应用包括单个管状隔膜的单个腔室来执行过滤过程。
图2示出了根据本发明的过滤系统1的管状隔膜4的示意性剖视侧视图。隔膜4包括管状支撑元件10和布置在管状支撑元件的外表面12上的隔膜层11，从而有效隔膜部分11位于管道4的外侧。隔膜4中的通道15的直径随着相对于管道4的纵向轴线A的径向偏移的增大而减小。由于隔膜层位置的作用，进一步抵制了结块的形成。
在示出的实施例中，管状支撑元件10和隔膜层11形成整体模块。作为替代方案，管状支撑元件10和隔膜层11单独地形成并且安装到彼此。隔膜可以由陶瓷材料制成，或者由例如聚合物的其它材料制成。
按照非常有利的方式，过滤系统1进一步包括流体可渗透的刚性管状结构13，该管状结构13布置在隔膜4的外表面14上并且限定了可变形壁3的最小径向位置Rmin，该最小径向位置Rmin大于隔膜4的外表面径向位置Rmembrane。
通过应用流体可渗透的刚性管状结构13，腔室2的容积相对较小，而流经刚性结构的流体能够被迫使经过环状空间流动，该环状空间具有环状径向偏移Roffset并且沿着隔膜沿切向方向围封管道4，从而更进一步地提高过滤过程的效率。
流体可渗透的刚性管状结构例如被实施为护套。原则上，足够坚硬以迫使可变形壁停止径向向内运动越过大于隔膜的外表面径向位置的最小径向位置、但对于待过滤的流体而言是可渗透的各种编织的或非编织的材料都适于用作上述流体可渗透的刚性管状结构。
可选地，过滤系统设置有用于对腔室中的流体加热的加热元件（例如，在待过滤的流体的粘度增大到超过所需水平的情况下）。
根据本发明的过滤系统能够被用于在对胃肠道中的处理进行分析时过滤肠道中的的测试内含物。
然而，其它类型的流体也能够通过使用本发明的系统进行过滤（例如，在制药模型或其它实验室模型中进行分析的浆体或流体）。
实验表明，具有50厘米的长度、10厘米的外径和100纳米的孔径的管状隔膜能够执行浆体的过滤，使得在3小时的时间段3毫升/分钟的过滤速度是可能的。
本发明不限于本文描述的实施例。应当理解的是许多变形都是可能的。
代替在腔室中应用单个管状隔膜，能够将多个数量的管状隔膜布置在根据本发明的过滤系统的腔室中。
其它这样的变形将对本领域技术人员来说是显而易见的并且被认为落入如所附权利要求中限定的本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种用于对含有固体颗粒的流体进行过滤的过滤系统，包括：可变形壁，所述可变形壁限定出其内部的腔室；以及布置在所述腔室中的管状隔膜，其中，所述系统设置成使所述腔室壁分别向内和向外周期性地变形，以便对存在于所述腔室中、所述隔膜外部的流体进行过滤，其中，所述隔膜包括管状支撑元件和布置在所述管状支撑元件的外表面上的隔膜层，所述隔膜层包括通道，所述通道的直径随着相对于所述管状隔膜的纵向轴线的径向偏移的增大而减小。
2.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述管状隔膜的纵向轴线大体上平行于所述腔室的对称轴线。
3.根据权利要求1所述的过滤系统，其中，所述管状支撑元件和所述隔膜层形成整体模块。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的过滤系统，其中，所述隔膜由陶瓷材料制成。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的过滤系统，其中，所述可变形壁包括柔性套。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的过滤系统，其中，所述系统设置成使所述腔室壁以蠕动运动方式周期性地变形。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的过滤系统，进一步包括流体可渗透的刚性管状结构，所述管状结构布置在所述隔膜的外表面上并且限定了所述可变形壁的最小径向位置，所述最小径向位置大于所述隔膜的外表面的径向位置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的过滤系统，进一步包括用于对所述腔室中的流体加热的加热元件。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的过滤系统，包括连续布置的多个数量的腔室，每个所述腔室包括布置在相应的腔室中的管状隔膜。
10.根据权利要求9所述的过滤系统，其中，各个管状隔膜也连续地连接。
11.根据权利要求9或10所述的过滤系统，其中，所述腔室和/或所述隔膜形成了闭合回路。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的过滤系统，包括布置在所述腔室中的多个数量的管状隔膜。
13.一种对含有固体颗粒的流体进行过滤的方法，包括以下步骤：
设置可变形壁和管状隔膜，所述可变形壁在其内部限定有腔室，所述管状隔膜布置在所述腔室中，所述隔膜具有径向外表面，以及
使所述腔室壁在径向向外位置和接近于所述隔膜的径向外表面的径向向内位置之间分别向内和向外周期性地变形，以便对存在于所述腔室中、所述隔膜外部的流体进行过滤。
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