CN110475603B - 能热力消毒的流体过滤器和能热力消毒的流体过滤器的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特别是在对流体进行微滤、纳滤或超滤的过程中浓缩流体（F）中含有的物质的能热力消毒的流体过滤器（10）。根据本发明，该流体过滤器（10）被构造为具有：‑过滤器壳体（12），该过滤器壳体具有流体入口（18）、保留物出口（20）以及渗透物出口（22），‑布置在过滤器壳体（12）中的过滤筒（24），该过滤筒朝着相对于过滤器壳体（12）的纵轴线（A）的轴向方向延伸并且该过滤筒具有如下过滤介质（26），过滤介质由陶瓷材料和/或由陶瓷的复合材料构成；和‑两个优选能橡胶弹性地变形的密封环（40、42、52），该密封环沿径向方向环绕密封地贴靠在过滤筒（24）上并且通过该密封环将过滤筒（24）布置成以轴向的间隙保持在过滤器壳体（12）上。根据本发明的流体过滤器（10）即使在经常性热力消毒时仍具有长的使用寿命。此外，本发明还包括流体过滤器（10）用于浓缩流体（F）中的制药用的预制产品和/或中间产品、特别是疫苗的应用。

Description

能热力消毒的流体过滤器和能热力消毒的流体过滤器的应用

技术领域

本发明涉及一种特别是在对流体进行微滤、纳滤或超滤的过程中用于浓缩（aufkonzentrieren）流体中含有的物质或物质混合物的能热力消毒的流体过滤器。

这种流体过滤器例如用于对制药用的预制产品或中间产品进行浓缩和净化。但所述应用并不局限于此；可以进一步应用于制造生命科学产品、诸如化妆品或加工食品中。

背景技术

为了满足高的卫生标准而规定，特别是借助于蒸汽消毒经常对这种流体过滤器进行热力消毒。通过在热力消毒期间的限定的加热和冷却引起的温度变化，在此例如在密封或粘接的区域内在流体过滤器内部出现了热力感应出的应力。首先在具有过滤芯或过滤筒、并且过滤芯或过滤筒具有不同于壳体材料的热膨胀系数的过滤器中，可能出现过滤筒的热力感应的损伤，这尤其在具有陶瓷中空纤维的过滤筒中是这样的情况；在此可能出现纤维断裂。公知的流体过滤器因此通常仅具有短的使用寿命。

由JP 2003 2511 64 A已知一种陶瓷中空纤维模块。该陶瓷中空纤维模块具有规则布置的入口/出口，以便特别是在过滤气体时减少在其过滤器壳体中的热应力。此外还说明了一种气体压力测试模块，在该气体压力测试模块的壳体中布置有两个O型环，所述O型环径向环绕地接触陶瓷中空纤维模块。

此外，由DE 25 13 751 B2已知一种超滤模块，该超滤模块具有容纳在壳体中的中空纤维束，该中空纤维束分别在端部配设有密封头。所述中空纤维束用其密封头在两个纵向端部上通过O型环相对于壳体密封。这种超滤模块不利地既不适用于高温应用也不适用于热力消毒；基于沿纵向方向刚性的密封，在壳体的和中空纤维束的不同的热膨胀时可能出现中空纤维的受损。

发明内容

因此本发明的任务在于，这样来改进所述类型的流体过滤器，使得该流体过滤器适用于高温应用和/或适用于热力消毒。

根据本发明的任务用一种根据本发明的流体过滤器和根据本发明的流体过滤器的应用得到解决。

因此，通过一种特别是在对流体进行微滤、纳滤或超滤的过程中用于净化流体中含有的物质的流体过滤器来解决所述任务，该流体过滤器带有：

- 过滤器壳体，该过滤器壳体具有流体入口、保留物出口以及渗透物出口；

- 布置在过滤器壳体中的过滤筒，该过滤筒朝着相对于过滤器壳体的纵轴线的轴向方向延伸并且该过滤筒包括由陶瓷材料和/或由陶瓷的复合材料制成的过滤介质；以及

- 至少一个优选能橡胶弹性地变形的密封环，该密封环沿径向方向环绕密封地贴靠在过滤筒上并且通过该密封环将过滤筒布置成以轴向的间隙保持在过滤器壳体上。

基于前述设计特征，所述流体过滤器尤为良好地适用于热力消毒；但在净化过程的范畴内也可以使用化学的净化成分、主要是有苛性钾或柠檬酸进行冲洗，其旨在提供具有低或高pH值的环境。

净化在此可以有两种理解：a）对在过滤筒内的，也就是说保留物内的有价值产物进行浓缩，或b）在过滤筒内的有害产物进行截留，也就是说，有价值产物存在于渗透物中。

流体在流体过滤器的运行温度下在过滤器运行中优选是液态的。流体可以由载体物质、例如水构成，有待净化的、特别是有待浓缩的物质被吸收到所述载体物质中。载体物质优选可以是液体。视物质的种类而定，流体然后可以尤其是液体、悬浮液或乳浊液。流体可以例如是渗入了有待净化的、特别是有待浓缩的物质的水。

尤其可以规定纯净物或除载体物质外的物体混合物，例如一种或多种不同的纯净物，作为流体中含有的物质。尤其可以规定高分子的、例如由大于50 kDa的化合物和/或由高分子的化合物，例如蛋白质、遗传物质、微生物和/或微生物的一部分构成的混合物作为所述物质。但也可以通过纳滤来处理低分子的化合物，像比如特定的糖类。

流体过滤器具有流体入口，有待过滤的流体可以馈入到该流体入口中。流体过滤器可以将所馈入的流体分成渗透物和保留物。渗透物可以通过渗透物出口引出。保留物则可以通过保留物出口引出。在此，保留物指的是流体的关于所述物质得到浓缩的馏分并且渗透物指的是流体的关于所述物质得到分散（abkonzentrieren）的馏分。作为这种运行方式的备选，一种在一定程度上相反的运行方式也是可能的：例如可以截留保留物中的细胞碎片，而分子的有价值产物则存在于渗透物中。

过滤筒作为优选能更换的插件可以构造用于装入到过滤器壳体中。过滤筒尤其包括过滤介质。过滤介质为了在过滤器运行中过滤流体或为了浓缩而可以被流体穿流。过滤介质由陶瓷材料和/或陶瓷的复合材料形成。这些材料尤其适合作为用于微滤、超滤和纳滤的过滤器材料。作为对此的备选，过滤介质还能由聚合物、金属或金属合金构成或具有聚合物、金属或金属合金。

密封环优选能橡胶弹性地变形；密封环可以例如由硅、三元乙丙橡胶（EPDM）构成，这就在蒸汽消毒时预期的在135℃范围内的温度和作用持续时间而言是有利的。这些物质也耐受化学的清洁剂、例如之前提到的柠檬酸和/或苛性钾。

轴向的间隙可以参照过滤筒设置在一个或两个端部上。为了形成轴向的间隙，过滤筒优选可以仅支承在过滤器壳体上一个或两个、特别是有限的区段上。通过密封环可以额外实现对过滤筒或过滤芯的中央支承；所述过滤筒或过滤芯由此被沿着径向方向稳定化。

尤其为了消毒而可以对流体过滤器进行热力消毒、优选蒸汽消毒。根据本发明，在此通常以如下方式避免在过滤筒中产生的机械的应力、特别是热力引起的应力，即，过滤筒借助于密封环以轴向的间隙保持在过滤器壳体上。换句话说，过滤筒在每个时间点上，也在温度波动时，基本上无应力地保持在过滤器壳体中。流体过滤器因此可以具有特别高的热负荷性。流体过滤器因此即使在经常进行热力消毒、特别是蒸汽消毒时也能达到特别高的使用寿命。

通过两个密封环中的至少一个密封环可以将流体过滤器的能用流体压力加载的超压区域相对于流体过滤器的渗透物收集室进行密封，所述渗透物收集室优选沿径向方向在外侧、优选环形地包围过滤筒和/或所述渗透物收集室贯穿过滤筒。超压区域尤其可以由流体入口形成或在流体入口的区域中形成。因此可以避免在流体过滤器内、特别是在流体入口和渗透物收集室和/或渗透物出口之间的流动短路。

也可以考虑的是，特别是配设给流体入口的密封环，具有密封唇，该密封唇能被流体特别是与流体的在流体过滤器的超压区域中存在的运行压力成压力比例的地压靠到过滤筒上。所述密封环尤其可以与压力成比例地密封地构造。流体过滤器因此可以用高运行压力在超压区域中在过滤器运行中运行。密封唇在过滤器运行中的按压力因此可能得到增强。由此可以改进密封环在过滤器运行中的密封作用和保持作用。热力消毒、特别是蒸汽消毒，可以在较小的运行压力下进行。因此密封环的按压力和/或保持作用在消毒期间减小。因此还能进一步减小在消毒期间特别是在过滤筒中的由热力引起的应力。密封环在另一种实施方式中也可以具有多于一个的密封唇，例如贴靠在过滤筒上的径向向内延伸的密封唇，并且还具有密封地贴靠在壳体上的径向向外延伸的密封唇。

对此可能特别有利的是，与压力成比例地密封地构造密封环、特别是配设给流体入口的密封环。即使在消毒期间也可以通过另一个密封环保证足以用于夹持整个过滤筒的保持作用。

在一种优选的实施方式中可以规定，与密封环相邻地、特别是与带有密封唇的密封环相邻地，将保持环沿径向布置在过滤器壳体和过滤筒之间。所述保持环具有多个分布在其圆周上的保持凸起，所述保持凸起从第一半径延伸到第二半径，其中，所述保持环构造用于，沿径向内部地支撑在过滤筒的外周面上的保持区域中并且沿径向外部地贴靠在过滤器壳体上。保持环的保持凸起在一种实施方式中从径向外部朝着径向内部延伸，因而这些保持凸起支撑在过滤筒的外周面上的保持区域中。在另一种实施方式中可以规定，保持凸起从径向内部朝着径向外部延伸，因而保持凸起贴靠在过滤器壳体上。但保持凸起的延伸并非必然严格地沿着径向进行，而是可以成任意角度地进行；功能上重要的仅在于，这些保持凸起从第一半径延伸到第二半径，其中，第一半径视实施方式而定可以选择性地相对于第二半径内置或外置。此外还可以规定，保持环既具有向径向内部延伸的保持凸起，也具有向径向外部延伸的保持凹槽。

保持环履行吸收作用到过滤筒上的支承力的功能，因而这些支承力没有或仅以减小的程度导入到带有密封唇的密封环中。否则的话在过滤筒的水平的装入位置中存在这样风险，即，唇式密封结构基于过滤筒的自重而变形并且因此不再提供过滤筒的中央的对准。当在过滤器壳体和过滤筒之间的间隙没有设计得足够小时，这就可能导致产生不密封性。保持环则正好以如下方式防止了这一点，即，保持环吸收支承力并且使其基本上保持远离唇式密封结构，因而通过这些措施即使在水平的装入位置中也能再一次改善密封效果。

简而言之：保持环吸收支承力，以避免由强制位置（Zwangslage）引起的高横向力。通过优选与过滤筒仅逐点接触或线性接触的保持凸起，保证了筒的轻微的轴向的纵向运动，这尤其基于温度作用下过滤器壳体到过滤筒的不同的热力线膨胀（Längenausdehnung）而是必需的，以避免到过滤筒上的不期望的轴向力作用。这尤其在使用易碎的陶瓷材料作为特别是呈中空纤维形式的过滤介质时很重要，以便达到可热力消毒性。

此外，保持环可以由塑料材料、特别是由弹性体或金属构成和/或保持凸起可以构造成突隆（Noppe）、鼻状凸起或舌片、特别是舌形簧片的形式。可以备选或附加地规定，保持凸起径向向内地延伸到内圆周上，该内圆周的直径在未压紧或未变形的未安装状态下等于或大于过滤筒在保持区域内的直径；因而由此使得当超过了唇式密封结构的最大容许的变形时保持环才通过其保持凸起吸收力。因此在过滤筒和带有密封唇的密封环精确地同轴对准时，在带有保持凸起的内圆周和过滤筒的保持区域之间存在至少小的间隙。所述间隙的宽度是设计事实并且取决于最大由带有密封唇的密封环能容忍的变形。但备选也可以规定，保持凸起径向向内地延伸到内圆周上，该内圆周的直径在未被按压或未变形的未安装状态下小于过滤筒在保持区域内的直径（尺寸不足），因而达到了所述筒的弹性的预紧。这样做的优点是，通过保持环也履行定心功能，因而唇式密封结构免除了该定心功能。

保持环例如可以是O型环，该保持环具有形式为突隆的分布在其圆周上的保持凸起；这样的优点是，保持环正好能和有简单的几何形状的O型环一样简单地制造，因为仅须制造一个模具并且否则的话实现了在一个制造步骤中的制造。当涉及金属制的保持环时，该保持环可以例如构造成用于没有圆周槽的轴的止动环的形式或构造成弹簧环。保持环尤其可以具有沿圆周连续的套筒形的支撑区域，保持环以该支撑区域要么支撑在过滤器壳体的内圆周上要么支撑在过滤筒的保持区域上，此外保持环还具有沿轴向方向离开该保持环沿径向延伸的舌形簧片，所述舌形簧片视实施方案而定要么延伸到过滤筒的保持区域要么延伸到过滤器壳体的内圆周。这种金属的保持环提供了极为抗老化的优点；尤其在由不锈钢构成的构造方案中，该保持环具有突出的化学耐受性和耐热性。在一种优选的实施方案中，金属的保持环被开槽、优选被完全开槽，因而该保持环具有敞开的横截面。这样的优点是，保持环能简单地并且利于成本地由带材（Bandmaterial）制成，其中，凸起和/或舌形簧片能简单地通过冲裁和弯曲获得。

根据本发明的一种特别优选的实施方式可以规定，沿径向在过滤筒和过滤器壳体之间，在密封环密封地贴靠在过滤筒上的区域中，存在一个如下环形间隙，该环形间隙优选具有至少0.4mm、特别优选0.8mm的宽度。所述间隙也还可以更宽，优选约大于1.5mm；视保持头的直径/过滤筒的尺寸而定，甚至更宽的间隙宽度也可能是合理的，例如直至几毫米。

通过这种较宽的间隙，有针对性地实现了过滤筒在过滤器壳体中的一定程度的倾斜，而不会在此使横向力或弯曲力矩作用到过滤筒上、特别是该过滤筒的陶瓷中空纤维束上。由此可以相应地接纳（auffangen）在过滤筒的制造过程中出现的公差。

此外，流体过滤器具有至少一个第二密封环，该至少一个第二密封环沿径向方向环绕地密封贴靠在过滤筒上并且过滤芯通过该至少一个第二密封环布置成保持在过滤器壳体上。所述第二密封环在一种优选的实施方式中不提供轴向可运动性并且相对于过滤器壳体位置固定地保持过滤筒。所述第二密封环优选布置在过滤筒的背对第一密封环的轴向的端部上并且特别是将过滤筒传力配合地相对于所述壳体保持在预先确定的轴向位置中；为此，密封环可以至少沿径向被压到过滤筒的外周面上、特别是保持头的外周面上。

为此可以备选或附加地规定，两个密封环中的至少一个密封环、优选两个密封，具有能橡胶弹性地变形的材料、特别是弹性体。这种密封环能尤为利于成本地提供。

在一种对此备选的实施方式中，可以在过滤筒的端部上（沿纵向方向看）取消密封环并且取而代之的是过滤筒的保持头配设有径向突出的卷边（Bund），所述卷边可以密封地夹紧在盖和壳体之间。因此在该轴向的端部上产生了一种“固定支承”。当保持头的材料由足以能弹性变形的材料构成时，能特别有利地实现这一点。

也可以规定，过滤器壳体设计成多部件式并且优选具有带有端侧的第一壳体开口的套筒形的或罐形的壳体件，其中，优选在该壳体开口上布置有盖。因此，过滤器壳体的零件能利于成本地制造并且能简单地安装。所述安装可以逐步进行，特别是可以将过滤筒引入到过滤器壳体中。尤其可以规定，过滤器壳体的零件中的至少一个零件以能拆卸的方式与其余的过滤器壳体连接。事后也可以简单地更换过滤筒。此外，密封方案实现了过滤筒到过滤器壳体中的无应力的导入或安装，这在使用易碎的材料如陶瓷作为过滤介质时尤为有利。

特别有利的是，壳体件设计成套筒形并且在两个端部处均具有端侧的壳体开口，其中，在两个壳体开口的每一个壳体开口上布置有盖。因此可以为了安装而将过滤筒通过两个壳体开口中的其中一个壳体开口而导入到壳体件中。紧接着可以将盖中的至少一个盖布置在相应的壳体开口上。

特别有利的是，两个密封环中的至少一个密封环部分地布置在壳体件和其中一个盖之间并且沿轴向方向和/或径向方向密封地贴靠在盖上以及壳体件上。保持环可以备选或附加地至少部分地布置在壳体件和其中一个盖之间并且可以沿轴向方向和/或径向方向密封地贴靠在盖上以及壳体件上。

因此，两个密封环中的至少一个密封环和/或保持环也相对于壳体件来密封盖。

也可以考虑的是，第三密封环沿轴向密封地布置在所述壳体件和所述盖、优选配设给流体入口的盖之间。具有密封唇的密封环因此可以例如沿径向相对于壳体件来密封过滤筒并且第三密封环可以沿轴向相对于盖来密封壳体件。

可以规定，密封环中的至少一个密封环构造成O型环。配设给保留物出口的密封环尤其可以构造成O型环。O型环在结构上能够简单地设计并且能利于成本地提供。O型环可以关于壳体件和盖特别是这样布置，使得该O型环被沿轴向和沿径向向内按压，由此产生了过滤筒相对于壳体件的轴向的固定。

也可以考虑的是，过滤筒包括中空纤维束、特别是陶瓷中空纤维束。这种中空纤维束特别适用于微滤、纳滤或超滤。通过根据本发明的流体过滤器事先避免了热力引起的机械的应力，因而即使在具有陶瓷中空纤维束的过滤筒中也仅存在很小的断裂风险。

也可以考虑的是，中空纤维束至少在一个端部上（沿纵向方向看）、优选两个端部（沿纵向方向看）上固定在保持头上或中。根据这种实施方式，尤其可以规定，优选能橡胶弹性地变形的密封环沿径向方向环绕地密封贴靠在保持头上并且实现了保持头相对于过滤器壳体的至少轴向的间隙。当涉及带有保持环的实施方式时，尤其可以规定，保持环特别是用其保持凸起也贴靠在保持头上、特别是保持头的外周面上，以便吸收支承力。保持区域在这种情况下在保持头上存在。保持头经常也被称为“嵌封结构（Potting）”，因为这些保持头通常通过液态的初始材料的时效硬化（Aushärtenlassen）。

中空纤维束以及因此过滤筒由此可以持久稳定地构造。在这种情况下，优选能橡胶弹性地变形的密封环贴靠在保持头的外周面上。保持头尤其可以相对于有密封唇的密封环轻微地沿轴向方向移动，以便如所说明那样，相对于壳体均衡热力感应出的相对的长度变化。

另一个重要的方面在于陶瓷膜筒从第一保持头/嵌封结构到在过滤筒的对置的一侧上的第二保持头/嵌封结构的由制造引起的同心性偏移。因为过滤筒的密封和支承特别是在使用陶瓷的中空纤维时必须在避免横向力/强制位置的情况下完成，所以唇式密封结构设计得相应很软，这又意味着，唇式密封结构从一定程度的同心的偏移或偏转起不再能够承担起支撑功能，而不会在此造成伤害并且因此引起泄漏。唇式密封结构的超过允许的最大限度的这种径向的偏转通过保持环得以避免，强制性必需的轴向可运动性则未被减少地获得。

也可以考虑的是，至少一个保持头由塑料、特别是环氧树脂或聚酰亚胺形成。但也可以使用热塑性塑料（Thermoplaste）、特别是耐高温的热塑性塑料、特别是聚甲醛（POM）。可以通过将中空纤维束引入到熔液状的塑料中并且紧接着时效硬化来制造所述保持头。

可以规定，至少一个保持头相对于流体入口和/或保留物出口来密封渗透物收集室。所述密封也可以与密封环中的至少一个密封环配合地进行。为此，保持头的横截面尤其可以基本上对应壳体件的或盖的横截面，保持头处在壳体件或盖的区域中。

可以规定，过滤器壳体完全或部分由不锈钢构成。不锈钢是特别适用于有高卫生标准的应用的材料。

此外，之前所说明的用于浓缩流体中的制药用的预制产品和/或中间产品、特别是疫苗的流体过滤器的应用也属于本发明的范畴。在疫苗领域内，流体过滤器尤其可以用于浓缩动物疫苗。根据本发明的流体过滤器通常可以特别有利地应用于这样一些领域中，在这些领域中要注意高卫生标准和/或特别是经常执行热力消毒。流体过滤器也可以例如应用于食品加工领域中。流体过滤器具有对抗热波动的令人印象深刻的负荷能力。流体过滤器因此能特别是借助于蒸汽消毒进行热力消毒，而不存在过滤筒受损或甚至毁坏的风险。

在根据本发明的应用的另一种变型方案中，也可以重复利用渗透物。渗透物尤其可以又被返回馈送到生产区域中、例如生物反应器中，在生物反应器中生产有待过滤的流体。因此避免了丢失还在渗透物中含有的预制产品或中间产品、在此为疫苗。鉴于在上文中已经说明的备选的运行模式，保留物当然也能相应地重复利用。

附图说明

本发明的其它的特征和优点由接下来借助于表明对本发明重要的细节的附图的图示对本发明的实施例的详细的说明以及由权利要求得出。

各个特征可以单个地本身或者多个地以任意的组合在本发明的变型方案中实现。

在示意性附图中示出了本发明的在接下来的说明书中加以详细阐释的实施例。图中示出：

图1以透视图从外部示出了流体过滤器；

图2示出了图1的流体过滤器的纵剖视图；

图3以透视图示出了带有中空纤维束的过滤筒；

图4和5在纵剖面图中示出了图1的流体过滤器的端部区域的细节视图；

图6是流体过滤器的应用的示意图；

图7是带有保持环的流体过滤器的另一种实施方式的纵剖视图；

图8是根据流体过滤器的另一种实施方式的过滤筒的等轴视图；

图9是根据另一种实施方式的流体过滤器的侧视图；

图10是根据流体过滤器的又一种实施方式的过滤筒的等轴视图；

图11是根据又一种实施方式的流体过滤器的纵剖视图的细节；

图12是根据图11的横截面视图B-B；并且

图13至17示出了根据流体过滤器的又一种实施方式的用于构造成弹簧环的保持环的实施例。

具体实施方式

图1以透视图示出了流体过滤器10。该流体过滤器10具有带套筒形的壳体管13的、多部件式的过滤器壳体12。在该过滤器壳体的端侧的壳体开口上分别布置有入口盖14或保留物盖16。入口盖14具有接管状构造的流体入口18。保留物盖16具有同样是接管状构造的保留物出口20。在壳体管13上存在两个渗透物出口22，所述渗透物出口在所示的实施方式中被焊接。渗透物出口22也构造成接管状。

为了固定流体过滤器10，设置有至少一个卡夹（Schelle）23、优选多个卡夹23。一个或多个卡夹23包围过滤器壳体12。这样来设定所述卡夹的直径，使得流体过滤器10能基本上无应力地紧固在所述一个或多个卡夹23中。此外，卡夹23履行将盖14、16沿轴向方向压到壳体管13上的任务；这一点通过在卡夹23的内部的外周面上的内置的、沿轴向在两侧呈锥形的或经倒角的环绕的槽来实现，由此可以在拉紧卡夹23时产生轴向压力。

在该实施例中，壳体管13以及盖14、16由不锈钢制成。此外，流体入口18、流体出口20、渗透物出口22和/或卡夹23也可以由不锈钢形成。

图2以纵剖面示出了图1的流体过滤器10。首先可以看到，过滤器壳体12与壳体管13和盖14、16构成一个内部空间。

流体过滤器10构造为细长形并且具有限定轴向方向的纵轴线A。

在所述内部空间中布置有过滤筒24。该过滤筒24包括两个保持头30、32，在所述保持头之间固定有过滤介质26。所述过滤介质26具有中空纤维束28。中空纤维束28包括陶瓷材料并且特别是构造成陶瓷中空纤维束。

在两个保持头30、32和壳体管13之间构造有渗透物收集室34。该渗透物收集室34与渗透物出口22流体连通。在该实施例中，渗透物收集室34在中空纤维束28的区域内包围和穿过所述过滤筒24或过滤介质26。在一个备选的实施方式中，特别是当过滤介质26构造成体积本体（Volumenkörper）时，渗透物收集室34沿径向方向在外侧并且例如环形围绕地包围过滤介质26。

还可以看到，流体过滤器10在流体入口18的区域中具有流体入口区域36。在保留物出口20的区域中，流体过滤器10具有保留物出口区域38。通过流体入口18进入的流体或保留物在区域36、38中得到收集。

可以看到，两个保持头30、32将渗透物收集室34与流体入口区域36和流体入口18分离以及与保留物出口区域38和保留物出口20分离。为此，保持头30、32填满横截面地布置在过滤器壳体12中。

因此在过滤器运行中，有待过滤的流体可以通过流体入口18进入到流体过滤器10中。流体可以通过流体入口区域36和保持头30进入到中空纤维束28中。在那里，流体基于中空纤维束28的过滤特性分成渗透物和保留物。渗透物在壁侧从中空纤维束28的中空纤维中流出并且因此进入到渗透物收集室34中。渗透物然后可以通过渗透物出口22排出。

反之，保留物则沿着中空纤维束28的长度穿流过滤筒24，直至该保留物在保持头32上进入道保留物出口区域38中并且在那里通过保留物出口20流出。

因为以这种方式从流体中分离出渗透物，所以保留物例如相比最初的流体被浓缩。在过滤器运行中，流体过滤器10或流体入口18为此用例如在4至8 巴范围内的超压进行加载。

为了进行消毒，用热蒸汽加载流体入口18。在此，热蒸汽的压力可以保持得比过滤器运行中的运行压力更小。尽管压力较小，蒸汽仍可以完全贯穿整个流体过滤器10并且特别是完全贯穿过滤筒24或者完全穿流该过滤筒以进行消毒。热蒸汽备选或附加地也可以通过一个或两个渗透物出口22和/或流体出口20输入或排出。

在本发明的该实施例中，过滤筒24完全或优选部分以轴向的间隙沿着纵轴线A布置在过滤器壳体12中。

为此，如还要在图4和5中详细说明的那样，过滤筒12在其保持头32上基本上通过布置在保留物出口侧的密封环42固定支承。这种固定支承通过在盖16的一侧将密封环42布置在基本上锥形的或经倒角的密封槽中来实现，这在接合壳体件13、16时导致密封环42的轴径向的挤压并且因此导致过滤筒24相对于壳体12的轴向的固定。在布置在流体入口侧的密封环40上则浮动支承着、也就是说伴随显著的轴向的间隙地支承着过滤筒24。因此，如果基于例如过滤筒24的温度改变而出现线膨胀，那么保持头30能沿着纵轴线A移动。在此可供过滤筒24使用的轴向的间隙为此这样设定尺寸，使得即使在最高容许的运行温度下，保持头30仍保持能自由运动。

因此保证了过滤筒24在每个时间点上都不承受或基本上不承受机械的、特别是温度引起的应力。即使当陶瓷的过滤介质26具有特别高的易碎性时，通过轴向的间隙也可靠地避免了断裂。

图3以透视图示出了过滤筒24。又可以看到中空纤维束28，该中空纤维束在端部侧分别由保持头30、32限界。在该实施例中，中空纤维束28具有九根陶瓷的中空纤维。这些中空纤维在贯穿开口46上穿过保持头30或32。

在该实施例中，保持头30、32的径向的外侧面构造成密封面。在该实施例中，所述外侧面尤其配设有附加的密封材料。

保持头30、32由塑料、特别是环氧树脂形成。尤其以如下方式制造保持头30、32，即，将中空纤维束28埋入到、特别是浇注到塑料中并且在时效硬化之后切割保持头30、32的侧面。保持头30、32备选也可以具有所谓的罩壳（Pottschale），也就是说保持头芯的套筒形的包套，其例如可以由聚醚醚酮（PEEK）或其它在热膨胀系数方面与芯材料兼容的材料制成。

图4在纵剖面中示出了根据图2的截面IV的流体过滤器10的细节视图。要注意的是流体入口区域36沿着纵轴线A的膨胀。这样来选择所述纵轴线，使得对应最高容许的运行温度针对过滤筒24或保持头30的轴向的间隙存在足够的空间。

可以看到，密封环40安放在盖14的凹槽48中。密封环径向环绕地并且以密封过滤筒24和保持头30的方式贴靠在该过滤筒24上并且特别是贴靠在该保持头30上。

密封环40构造成与压力成比例的密封结构。密封环尤其具有径向向内指向的密封唇50，密封环用该密封唇贴靠在保持头30上。在该实施例中，流体入口区域36对应于流体过滤器10的超压区域。若现在超压区域以处在压力下、特别是处在高压下的有待过滤的流体加载，那么密封唇50基本上与流体的压力成压力比例地压靠到过滤筒24上并且在此特别是压靠到保持头30上。因此获得了一种与压力成比例的密封结构。密封环在一种没有图示的实施方式中也具有多于一个的密封唇50，例如一个贴靠在过滤筒上的径向向内延伸的密封唇50和一个密封贴靠在壳体上的径向向外延伸的密封唇。在这种实施方式中，在未被压紧的未安装状态中形成密封环的V形突出的支腿的两个密封唇，也具有相同的长度。分别形成密封唇的V形突出的支腿的角，在此也可以是相等的。

通过构造带有密封唇50的密封环40，使密封环在保持头30上的接触面较小。密封环40由此也形成对过滤筒24或保持头30的径向的浮动支承；但唇式密封结构40主要应当补偿相对的轴向运动。过滤筒24尤其在轴向沿着纵轴线A能够以其在流体入口侧的端部或流体入口36内的保持头30进行移动。

在图4中还可以看到第三密封环52。该第三密封环52构造成O型环的形式。该第三密封环52沿轴向密封地布置在壳体管13和入口盖14之间。该第三密封环安放在壳体管13的凹槽中。

密封环40以及第三密封环52由能橡胶弹性地变形的材料、特别是弹性体形成。

图5在纵剖面中示出了图2的保留物出口区域38的或标记V的对应图4的细节视图。可以看到布置在保留物出口侧的保持头32，该保持头在径向被壳体管13和保留物盖16包围。带有保留物出口20的保留物出口区域38处在保持头32的头侧。

借助于保持头32和密封环42将渗透物收集室34也相对于保留物出口区域38进行密封。

但与密封环40相反的是，在保留物出口侧的密封环42既接触壳体管13也接触保留物盖16和过滤筒24的保持头32。通过密封环的压配合，使密封环42在此沿径向将保持头32或过滤筒24环绕地相对于盖16进行密封。此外，密封环42还沿轴向将盖16相对于壳体管13进行密封。

在该实施例中，密封环42也被构造成O型环。密封环同样由橡胶弹性的材料、特别是弹性体形成。密封环安放在保留物出口盖16的凹槽中。为了密封地压紧保持头32，这样来选择密封环42的按压力，使得过滤筒24即使在低运行压力的情况下也基本上位置固定地固定在超压区域中或流体入口区域36（图2）中。密封环42因此形成了固定支承。因此和密封环40（图2）一起产生了一种过滤筒24在过滤器壳体12（图1）上的对应于固定支承/浮动支承的支承。

在一种备选的实施方式中规定，密封环40或密封环42安放在分别最为接近它们的保持头30、32的凹槽中或者取代壳体管13的凹槽地安放在盖14、16中。

足以用于安装流体过滤器10（也参看图1和2）的是，将所有的零件前后相继地、特别是以可复原地拆卸的方式彼此或交错地拼接起来。为此先将过滤筒24插入到壳体管13中。紧接着将第三密封环52侧向嵌入到壳体管13中。然后装备有密封环40、42地将盖14、16在端侧安装在壳体管13上，例如在使用卡夹23的情况下法兰连接在壳体管上。流体入口18、保留物出口20和渗透物出口22以及卡夹23最后被在外侧安装在其余的过滤器壳体12上。

在图6中示意性示出了根据本发明的流体过滤器10例如用于浓缩在流体中、例如在疫苗流体的疫苗中的制药预制产品和/或中间产品的应用。但应用当然并不局限于此；可以进一步使用在制造生命科学产品如化妆品或处理食品中。

针对该示例，假设有待过滤的流体是有待浓缩的液态的疫苗混合物。换句话说，在该实施例中，载体物质是水。

图6为此示意性示出了流体过滤器10，其带有流体入口18、保留物出口20以及在该示意图中概括示出的渗透物出口22。

在过滤器运行中，用有待过滤的流体F加载流体过滤器10的流体入口18。为了达到优化的过滤结果，流体F在此处在例如5巴的超压下。

流体F在过滤筒24（图1）中和特别是在过滤筒的中空过滤束28（图1）中被分成渗透物P和保留物R。渗透物在此先通过中空纤维束28的中空纤维的壁流出。在渗透物通过渗透物出口22离开流体过滤器10之前，渗透物P先在渗透物收集室24（图1）中聚集。通过过滤有待过滤的流体F使渗透物P缺少（abreichern）疫苗，而载体物质、在此为水的含量则提高。

保留物R则在过滤筒24内浓缩并且通过保留物出口20离开流体过滤器10。

为了进行热力消毒，在消毒模式中取代有待过滤的流体F地将水蒸气导入到流体入口18中。蒸汽的压力为此在本实施例中选择得小于过滤模式中有待过滤的流体F的压力或超压。在消毒期间，水蒸气的一部分通过过滤筒24直至达到渗透物出口22并且另一部分则直至达到保留物出口20。流体过滤器10因此在其所有的部分区域中都通过水蒸气被消毒。

在概览所有附图的图示后，本发明概括而言在一个实施例中涉及一种能热力消毒的、特别是能蒸汽消毒的流体过滤器10。该流体过滤器10尤其适用于浓缩流体F中的物质或物质混合物，例如制药用的预制产品和/或中间产品、特别是疫苗。因此作为产物获得具有物质或物质混合物的更高的浓度的保留物R以及在物质或物质混合物方面缺少的渗透物P。流体过滤器10即使在经常消毒的情况下具有特别长的使用寿命。因此，尤其建议将流体过滤器用于浓缩制药用的预制产品和/或中间产品、特别是疫苗。这以如下方式达到，即，已经在设计上避免了或至少减小了在流体过滤器10的例如过滤筒12上或中的机械的应力、特别是热力引起的应力。

流体过滤器10为此具有过滤器壳体12，该过滤器壳体具有入口盖14和保留物出口盖16以及布置在盖14、16之间的壳体管13。流体过滤器10具有带流体入口区域36的流体入口18、带保留物出口区域38的保留物出口20以及一个或多个渗透物出口22，所述渗透物出口与渗透物收集室34流体连通。

过滤器壳体12构成了如下一个内部空间，过滤筒24特别是在中央沿着过滤器壳体12的纵轴线A地布置在该内部空间中。过滤筒24包括过滤介质26，过滤介质由两个塑料制的保持头30、32限界，在所述保持头中和所述保持头之间布置有中空纤维束28，在该实施例中是陶瓷中空纤维束。所述中空纤维束28在此形成保持头30、32中的贯穿开口46。

在盖14、16中布置有构造成O型环的密封环40、42。密封环40尤其安放在入口盖14的凹槽48中。配设有内侧的密封唇50的密封环40在径向相对于过滤器壳体12特别是压力支持地密封保持头30。密封环42则既沿径向相对于盖16地密封配设给该密封环的保持头32，也沿轴向相对于壳体管13地密封盖16。第三密封环52负责相对于壳体管13密封对置的入口盖14。

密封环40、42总体上形成了过滤筒24在过滤器壳体12中的一种固定支承/浮动支承，因而过滤筒24获得了轴向的间隙以平衡热力引起的长度变化。

作为对图6所示的穿流变型方案/运行模式的备选，用根据本发明的流体过滤器当然也能执行所谓的死端过滤：为此将过滤筒、特别是陶瓷中空纤维，在背对流体入口的端部上封闭，因而在过滤筒内截留有价值产物或有害产物。但就渗透物出口而言，该附加的实施方式并没有区别；重要的区别在于，不必设流体出口（保留物出口）。

在图7中示出了根据另一种实施方式的流体过滤器10。该流体过滤器在功能上和前述的变型方案没有不同。但明显的不同之处在于过滤筒24相对于过滤器壳体12的支承/密封。在此，在过滤器壳体12（更准确地说在壳体管13和盖14、16之间）和过滤筒24的保持头30、32之间存在径向间隙，该径向间隙具有宽度s。通过该较宽的间隙s可以在轴偏移/同心性方面平衡过滤筒24的制造公差，而不会威胁到夹紧/强制位置。此外，也能毫无问题地平衡角度偏差；过滤筒在这种情况下具有轻微倾斜的装入位置。这尤其在使用陶瓷的中空纤维束28作为过滤介质26时是重要的。

为了特别是在水平的装入位置时防止过强的支承力作用到密封环40的密封唇50上，所述过强的支承力长此以往可能导致不再提供有效的密封，而在两个端部均设有保持环60，所述保持环具有分布在其圆周上的多个径向向内延伸的保持凸起61，所述保持凸起本身在保持区域中支撑在保持头30、32的外周面上。

保持环60可以选择性地是指由塑料材料、例如弹性体制成的O型环，其中，保持凸起61构造成突隆。这在图8中示出。通过在保持凸起61和保持头30、32之间的仅点状的/线状的接触或极小的接触面，使保持头30、32尽管被径向导引仍可以较为少摩擦地沿轴向移动；这一点是重要的，以便能够补偿在过滤筒24和过滤器壳体12之间的特别是在热力消毒时的相对的线膨胀。

图9示出了图7的流体过滤器的侧视图。在此可以看到卡夹23，该卡夹将盖14与壳体管13连接起来，该卡夹在该实施例中可以通过翼型螺母封闭。此外还可以看到中空纤维束28的穿过保持头32的贯穿开口46。

在图10中示出了根据另一种实施方式的流体过滤器的过滤筒24。所述过滤筒24本身在其结构上对应前述变型方案。与图7的区别在于保持环60的构造，所述保持环在此是由优选金属的材料、特别是不锈钢制成的弹簧环。保持凸起61构造成径向向内指向的凹陷的拱曲部的形式。拱曲部优选以规则的间距分布在圆周上，其中，分别在两个沿圆周相邻的凹陷的拱曲部之间设置未拱曲的连接区段，在所述连接区段中分别布置有径向向外指向的支撑销62，该支撑销本身允许与过滤器壳体的内外周面的尽可能小面积的接触。

在图11中示出的流体过滤器24的纵剖面的截面，又在保持环60的构造上不同于前述的变型方案。保持环60在当前具有径向内置的、连续的、环绕的、套筒形的支撑区域63，该支撑区域支撑在保持头30的保持区域中。此外，保持环还具有舌形簧片，所述舌形簧片形成保持凸起61并且从支撑区域起在两侧沿着轴向方向并且径向向内延伸并且构造用于贴靠在过滤器壳体12的、特别是壳体管13的内外周面上。带有密封唇50的密封环40的作用方式在此正好与前述变型方案、如密封环52的作用差别不大，该密封环本身将盖14沿轴向相对于壳体管13进行密封。为此还可以参考示出了根据图11的剖面B-B的图12。

通过保持环的所有在此说明的变型方案（特别是与间隙s配合作用）有利地一方面使得由制造引起的位置公差就过滤筒的两个保持头30、32的同心性、平行性和拐角度而言能彼此平衡，而不会在此在水平的装入位置中给唇式密封结构50加荷。另一方面则保证了，基于保持环60与保持头30、32的和/或过滤器壳体12的仅小面积的接触实现了过滤筒相对于过滤器壳体12的简单的、也就是说少摩擦的可轴向运动性，特别是为了补偿相对的热力线膨胀。

在图13-17中示出了保持环60的另一些实施方式，所述保持环作为弹簧环由金属构成。这些保持环分别具有完整的狭缝64，这为简单的可安装性和简单的并且利于成本的制造提供了优点；此外由此还能达到在尽可能大的直径范围内的直径补偿。弹簧环可以由带材制成，其中，在此以舌形簧片65的形式存在的保持凸起通过冲裁和弯曲获得。舌形簧片65可以视实施方式而定径向向内和/或径向向外地延伸，其中，组合也是可能的。在图13的保持环的对应于图10的总览所示的实施方式中，还设有径向向外指向的支撑销62，所述支撑销分别存在于保持环60的向内拱曲的区段之间的连接区段中。

Claims (17)

1.能热力消毒的流体过滤器（10），该流体过滤器用于在对流体进行微滤、纳滤或超滤的过程中净化流体（F）中含有的物质，该流体过滤器带有：

- 过滤器壳体（12），该过滤器壳体具有流体入口（18）、保留物出口（20）以及渗透物出口（22）；

- 布置在所述过滤器壳体（12）中的过滤筒（24），该过滤筒朝着相对于所述过滤器壳体（12）的纵轴线（A）的轴向方向延伸并且该过滤筒具有如下过滤介质（26），该过滤介质具有陶瓷材料和/或陶瓷的复合材料；和

- 至少一个能橡胶弹性地变形的密封环（40、42、52），该密封环沿径向方向环绕密封地贴靠在所述过滤筒（24）上并且通过该密封环将所述过滤筒（24）布置成以轴向的间隙保持在所述过滤器壳体（12）上，

- 其中，通过所述密封环（40、42、52）将所述流体过滤器（10）的能用流体（F）压力加载的超压区域相对于渗透物收集室（34）密封，该渗透物收集室沿径向方向在外侧包围所述过滤筒（24）和/或贯穿所述过滤筒（24），其中所述超压区域能够由所述流体入口（18）形成或在所述流体入口（18）的区域中形成，

- 并且其中，配设给所述流体入口（18）的密封环（40、42、52）中的一个密封环具有如下密封唇（50），该密封唇能由所述流体（F）与所述流体（F）的在所述流体过滤器（10）的超压区域中存在的运行压力成压力比例地压靠到所述过滤筒（24）上，其特征在于，保持环（60）与带有密封唇（50）的密封环（40、42、52）相邻地沿径向布置在所述过滤器壳体（12）和过滤筒（24）之间，其中，所述保持环（60）具有多个分布在其圆周上的保持凸起（61），所述保持凸起从第一半径延伸到第二半径，其中，所述保持环构造用于，沿径向内部地在保持区域中支撑在所述过滤筒（24）的外周面上并且沿径向外部地贴靠在所述过滤器壳体（12）上。

2.根据权利要求1所述的流体过滤器，其特征在于，

- 所述保持环（60）由塑料材料、由弹性体或者由金属构成，并且/或者

- 所述保持凸起（61）是突隆、鼻状凸起或舌形簧片，并且/或者

- 所述保持凸起（61）径向向内地延伸到内圆周上，该内圆周的直径在未被按压的未安装状态下等于或大于所述过滤筒（24）在保持区域内的直径，或者

- 所述保持凸起（61）径向向内地延伸到内圆周上，该内圆周的直径在未被按压的未安装状态下等于或小于所述过滤筒（24）在保持区域内的直径。

3.根据权利要求2所述的流体过滤器，其特征在于，所述保持环（60）构造成金属的弹簧环，该弹簧环的保持凸起（61）构造成舌形簧片（65）并且该弹簧环具有狭缝（64），使得该弹簧环具有敞开的横截面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，沿径向在所述过滤筒（24）和所述过滤器壳体（12）之间，在所述密封环（40、42、52）密封地贴靠在所述过滤筒（24）上的区域中，存在如下环形间隙，该环形间隙具有至少0.4mm至1.5mm的宽度（s）。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述密封环（40、42、52）具有弹性体。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述流体过滤器具有至少一个第二密封环，所述至少一个第二密封环沿径向方向环绕密封地贴靠在所述过滤筒（24）上并且所述过滤筒（24）通过所述至少一个第二密封环布置成保持在所述过滤器壳体（12）上。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤器壳体（12）设计成多部件式并且具有套筒形的或罐形的壳体件，该壳体件具有端侧的第一壳体开口，其中，在该壳体开口上布置有盖（14、16）。

8.根据权利要求7所述的流体过滤器，其特征在于，所述壳体件设计成套筒形并且在两个端部均具有端侧的壳体开口，其中，在两个壳体开口的每一个壳体开口上布置有盖（14、16）。

9.根据权利要求8所述的流体过滤器，其特征在于，

- 所述两个密封环（40、42、52）的至少一个密封环部分地布置在所述壳体件和其中一个盖（14、16）之间并且沿轴向方向和/或沿径向方向密封地贴靠在所述盖（14、16）上以及所述壳体件上，并且/或者

- 所述保持环至少部分地布置在所述壳体件和其中一个盖（14、16）之间并且沿轴向方向和/或沿径向方向密封地贴靠在所述盖（14、16）上以及所述壳体件上。

10.根据权利要求9所述的流体过滤器，其特征在于，第三密封环沿轴向密封地布置在所述壳体件和配设给流体入口的盖（14、16）之间。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述密封环（40、42、52）中的至少一个密封环和/或所述保持环（60）的基座被构造成O型环。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤筒（24）包括陶瓷中空纤维束。

13.根据权利要求12所述的流体过滤器，其特征在于，中空纤维束（28）至少在一个端部处紧固在保持头（30、32）上或中，其中，能橡胶弹性地变形的密封环（40、42、52）沿径向方向环绕密封地贴靠在所述保持头（30、32）上并且实现所述保持头（30、32）相对于所述过滤器壳体（12）的轴向的间隙，并且其中，所述保持环（60）以其凸起（61）贴靠在所述过滤筒（24）上的保持区域存在于所述保持头（30、32）上。

14.根据权利要求13所述的流体过滤器，其特征在于，至少一个保持头（30、32）由环氧树脂或聚亚安酯塑料材料形成。

15.根据权利要求14所述的流体过滤器，其特征在于，至少一个保持头（30、32）相对于所述流体入口（18）和/或相对于所述保留物出口（20）密封渗透物收集室（34）。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的流体过滤器，其特征在于，所述过滤器壳体（12）完全或部分由不锈钢制成。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的流体过滤器（10）的用于浓缩流体（F）中的制药用的预制产品和/或中间产品或者疫苗以用于加工食品和/或用于制造生命科学产品的应用。

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