CN111886430B - 生物过程流系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制被提供给生物过程流系统中的管的至少一个阀的方法，所述方法包括以下步骤：当应当允许有通过管的流时，将至少一个阀控制成第一状态，第一状态是打开状态；在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第二状态，所述第二状态是其中提供第一关闭力的关闭状态；以及在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第三状态，所述第三状态是其中提供第二关闭力的关闭状态，所述第二关闭力是比第一关闭力更高的力。

Description

生物过程流系统
技术领域
本发明涉及一种生物过程流系统，并且涉及一种阀，并且涉及一种用于控制生物过程流系统中的至少一个阀的方法。
背景技术
在流系统(例如，用于生物过程工业中的流体转移或流体处理的系统)中，柔性管通常用于在系统中运送流体。生物过程工业包括生物制药、疫苗、基因治疗载体、细胞以及其它生物大分子/生物颗粒的处理，包括诸如细胞培养、过滤和/或色谱的单元操作。柔性管系统连同其它塑料构件(诸如，袋和流体处理装置)提供合算的解决方案，即，当流系统以预杀菌的状态部署并且用于单次使用的应用(其中，流系统在使用之后被丢弃)时。
为了控制在所述柔性管中的流体流，使用阀。常见的阀类型是夹管阀，其中，柔性管被阀和(相应地)夹持部挤夹，以便停止通过管的流。通过打开阀并且由此释放挤夹及夹持力，管可逆地打开，并且允许有通过管及其内管腔的流。管的打开通过管的弹性性质和管呈现管的打开管和管腔的原形的期望而实现。夹管阀非常合算，因为，与应用于流系统的膜板阀或其它阀原理相比，夹管阀不要求在管本身以外的额外的阀部分进行流体接触。然而，当打开夹管阀时，尤其在阀已关闭达长时间并且以高的关闭(夹持)力关闭的情况下，可能存在问题。这是因为，管的管腔中的管内表面的相对的两侧可能倾向于在挤夹的位置处粘附在一起，并且因此，即使在阀已打开且管不再暴露于外部夹持之后，管也可依然关闭。这可取决于管的材料和/或在挤夹事件之前或在挤夹事件期间与管的内表面接触的流体的类型。显然，当挤夹管时被夹持在一起的内管壁的材料依据管的性质而类似并且完全相同。因而，可推测，在某些状况下，一定的材料均化效应是内壁粘附在一起的原因。
如果当阀以及阀的使管受到挤夹力的致动器或夹持部打开时，管不打开，则结果将是，阻断管道中的流，并且干扰或停止下面发生的流体过程。当发生该情形时，对管的人工挤压和揉搓有时可解决该问题，但这当然成问题，尤其是在自动系统中。
在US9695950中，描述了尝试解决该问题的一种类型的夹管阀。在此，夹管阀包括夹持爪，夹持爪不但可竖直地挤夹管，而且可水平地挤夹管，以便帮助管在已关闭之后打开。
在使用塑料膜板阀而非夹管阀的单次使用且一次性的流系统中，可能发生类似问题。膜板阀设计为具有刚性阀座和柔性膜板的阀体，柔性膜板移动到阀座上，以停止流体流。膜板阀可遭受密封表面彼此粘附的同样的问题，由此阻止阀的顺畅并且受控制的打开并且干扰或停止该过程。然而，与夹管阀(其中，抵靠彼此而密封的两个表面和构件的材料完全相同)形成对照，位于膜板阀处的膜板和阀座在材料类型的方面或至少在材料性质(例如，弹性)的方面不同。
发明内容
本发明的目标是，提供一种改进的流系统和一种用于控制流系统中的至少一个阀的改进的方法。
本发明的另外的目标是，提供一种流系统和一种在流系统中的方法，其中，可对系统中的流可靠地进行控制。
本发明的再一另外的目标是，提供一种流系统和一种用于控制流系统中的至少一个阀的方法，从而使得位于阀的位置处的流路径中的表面彼此粘附并且即使在阀已打开之后也阻止流的风险较低。
这通过根据独立权利要求的方法、生物过程流系统和阀而实现。
根据本发明的一个方面，提供一种用于控制被提供给生物过程流系统中的管的至少一个阀的方法。所述方法包括以下步骤：
-当应当允许有通过管的流时，将至少一个阀控制成第一状态，第一状态是打开状态；
-在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第二状态，所述第二状态是其中提供第一关闭力的关闭状态；以及
-在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第三状态，所述第三状态是其中提供第二关闭力的关闭状态，第一关闭力是比第一关闭力更高的力。
根据本发明的另一方面，提供一种生物过程流系统，该生物过程流系统包括：
- 至少一个管；
- 被提供给所述管的至少一个阀，其用于控制通过所述管的流；以及
- 控制系统，其配置成用于将所述至少一个阀控制成三种不同状态，在三种不同状态中，第一状态是打开状态，其中，管保持打开，以便允许有通过管的流，并且，第二状态和第三状态是阻止通过管的流的关闭状态，但提供不同的关闭力，其中，在第三状态下比在第二状态下提供更高的关闭力。
根据本发明的另一方面，提供一种阀。所述阀配置成用于设成三种不同状态，在三种不同状态中，
-第一状态是打开状态，其中，设有所述阀的管保持打开，以便允许有通过管的流；
-第二状态和第三状态是关闭状态，但具有不同的关闭力，其中，设有所述阀的管在这两种关闭状态针对流而被关闭，但在第三状态下比在第二状态下具有更高的关闭力。
由此，通过例如当流体未通过设有阀的管泵送时避免比必要的关闭力更高的关闭力，提供一种流系统和一种用于控制流系统中的至少一个阀的方法，其中，位于阀的位置处的流路径中的表面彼此粘附并且由此即使在阀已打开之后也阻止流的风险较低。在夹管阀的情况下，粘附在一起的表面是被夹管阀挤夹的柔性管的相对的内侧，并且，在隔膜阀的情况下，表面是隔膜阀的阀座和隔膜。当系统处于操作中时，即，当通过设有阀的管泵送流体时，或对于某些应用，可使用较高的关闭力，并且，例如，当系统空闲时，例如，在夜间，可使用较低的关闭力。这是对于表面在阀的位置处粘附在一起的问题的容易的解决方案，该解决方案可通过以微小的修改使用普通阀并且以新的方式控制这些阀而实现。流体合适地为液体，诸如，含水液体。流体可特别地为生物分子(诸如，蛋白质)的含水缓冲液或含水溶液。
在本发明的一个实施例中，将至少一个阀控制成第二状态和第三状态的步骤包括促使柔性材料与表面进行密封接触。
在本发明的一个实施例中，所述方法是用于确保至少一个阀的可靠打开的方法。
在本发明的一个实施例中，所述至少一个阀是夹管阀，并且，将至少一个阀控制成第二状态的步骤包括以第一关闭力挤夹管，该第一关闭力适于在管中的第一流体压力下停止管中的流；并且，其中，将至少一个阀控制成第三状态的步骤包括以第二关闭力挤夹管，该第二关闭力适于在管中的第二流体压力下停止管中的流，第二流体压力比管中的第一流体压力更高。
在本发明的一个实施例中，所述至少一个阀是隔膜阀，并且，将至少一个阀控制成第二状态的步骤包括以第一关闭力使阀的隔膜朝向阀的阀座移动，该第一关闭力适于在管中的第一流体压力下停止管中的流；并且，其中，将至少一个阀控制成第三状态的步骤包括以第二关闭力使阀的隔膜朝向阀的阀座移动，该第二关闭力适于在管中的第二流体压力下停止管中的流，第二流体压力比管中的第一流体压力更高。
在本发明的一个实施例中，当未通过管泵送流体时，所述至少一个阀控制成第二状态，并且，当通过管泵送流体时，所述阀被控制成第三状态。
在本发明的一个实施例中，所述至少一个阀被控制成第二状态或第三状态，以便取决于在系统中使用哪一种类型的管和/或取决于系统用于哪个应用而关闭阀。
在本发明的一些实施例中，在第二状态下从至少一个阀提供第一关闭力，并且，在第三状态下从至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第一关闭力设定成在小于第二关闭力设定成阻止的流体压力的50%的流体压力下阻止流体流，
或者，其中，所述第一关闭力设定成在小于第二关闭力设定成阻止的流体压力的30%的流体压力下阻止流体流，
或者，其中，所述第一关闭力设定成在小于第二关闭力设定成阻止的流体压力的20%的流体压力下阻止流体流，
或者，其中，所述第一关闭力设定成在小于第二关闭力设定成阻止的流体压力的10%的流体压力下阻止流体流。
在本发明的一些实施例中，在第二状态下从至少一个阀提供第一关闭力，并且，在第三状态下从至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第二关闭力设定成在至多20巴或至多10巴或至多5巴的压力下阻止流体流。
在本发明的一个实施例中，所述至少一个阀通过气动空气或液压流体而控制。
在本发明的一个实施例中，所述生物过程流系统是色谱系统、过滤系统或生物反应器系统。
在详述中并且在从属权利要求中描述另外的实施例。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的流系统的示意图。
图2a和图2b是根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的常闭的夹管阀的示意图。
图3a和图3b是根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的常开的夹管阀的示意图。
图4a和图4b是根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的两个隔膜阀的示意图。
图5是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明，提供一种流系统，该流系统包括：至少一个管；和被提供给所述管的至少一个阀，其用于控制通过所述管的流。在设于所述流系统中或设于连接的流系统中的流提供装置的下游，提供至少一个阀。流提供装置可例如为至少一个泵或压力容器。流系统进一步包括控制系统，控制系统配置成用于将所述至少一个阀控制成三种不同状态。阀的第一状态是打开状态，其中，管保持打开，以便允许有通过管的流，并且，阀的第二状态和第三状态是关闭状态，其阻止通过管的流，但从阀提供不同的关闭力。在第三状态下比在第二状态下提供更高的关闭力。
所述方法是用于确保至少一个阀的可靠打开的方法。此外，将至少一个阀控制成第二状态和第三状态的步骤包括促使柔性材料与表面进行密封接触。
阀可为例如夹管阀，并且，于是，所述控制系统配置成用于通过以第一关闭力挤夹管而将所述至少一个夹管阀控制成第二状态，该第一关闭力适于在管中的第一流体压力下停止管中的流。此外，所述控制系统配置成用于通过以第二关闭力挤夹管而将所述至少一个夹管阀控制成第三状态，该第二关闭力适于在管中的第二流体压力下停止管中的流，第二流体压力比管中的第一流体压力更高。关于图2和图3而描述根据本发明的两个不同实施例的夹管阀。
在另一示例中，阀可为隔膜阀，并且，所述控制系统配置成用于通过以第一关闭力使隔膜阀的隔膜朝向隔膜阀的阀座移动而将所述至少一个隔膜阀控制成第二状态，该第一关闭力适于在管中的第一流体压力下停止管中的流。此外，所述控制系统配置成用于通过以第二关闭力使隔膜阀的隔膜朝向隔膜阀的阀座移动而将所述至少一个隔膜阀控制成第三状态，该第二关闭力适于在管中的第二流体压力下停止管中的流，第二流体压力比管中的第一流体压力更高。关于图4而描述根据本发明的一个实施例的隔膜阀。
根据本发明的流系统可为用于生物过程工业中的流体转移或流体处理的系统。流系统可为例如生物过程系统，诸如，例如色谱系统、过滤系统或生物反应器系统。
图1是根据本发明的一个实施例的流系统1的示意图。流系统1包括用于在系统中运送流体的第一管3a、第二管3b以及第三管3c。管3a、3b、3c可为柔性管。根据该示例的流系统包括第一罐5，第一罐5由第一管3a连接到流体处理装置7。所述流体处理装置7转而由第二管3b连接到第二罐9。第三管3c是用于绕过流体处理装置7的旁通管。流体处理装置7可例如为色谱柱、过滤装置或生物反应器。流系统1进一步包括用于控制通过管的流的许多阀。第一管3a包括第一阀11a和第二阀11b以及位于所述两个阀11a、11b中间的泵13。第二管3b包括第三阀11c，并且，第三管3c包括第四阀11d和第五阀11e。此外，流系统1包括控制系统15，控制系统15配置成用于取决于流系统中的不同情形而将所述阀11a、11b、11c、11d、11e中的至少一个控制成三种不同状态。第一状态是打开状态，其中，设置有所述阀的管保持打开，以便允许有通过管的流。第二状态和第三状态是阻止通过设置有所述阀的管的流的关闭状态。针对第二状态和第三状态而从阀提供不同的关闭力，其中，在第三状态下比在第二状态下提供更高的关闭力。在第二状态下从阀提供第一关闭力，并且，所述第一关闭力适于在管中的第一流体压力下停止设有阀的管中的流。在第三状态下从阀提供第二关闭力，并且，所述第二关闭力适于在管中的第二流体压力下停止设有阀的管中的流，第二流体压力比管中的第一流体压力更高。如上文中所讨论的，阀可为例如夹管阀或隔膜阀。还将在下文中关于图2-4而对此进一步进行讨论。
通过提供阀的两种不同的关闭状态(其中，提供不同的关闭力)，系统可适于不同情形，例如，不同类型的管、不同应用以及过程运行的不同序列或操作状况。例如，当未通过设有阀的管泵送流体时，可使用具有较低的关闭力的第二状态，并且，当通过设有阀的管泵送流体时，可使用具有较高的关闭力的第三状态。在第二状态下，例如，当阀应当在较低的流体压力的状况下停止流体流时，例如，当停止泵送并且应当阻止流体在流系统内的虹吸(由于静液压差引起)时，可使用较低的关闭力。在第二状态下，较低的关闭力也可用于在与流系统中的较高的流体压力相比而较低的流体压力下停止通过阀的流。为了在较高的流体压力的状况下停止流，阀设成第三状态，其中，提供较高的关闭力。例如，当设有阀的系统或系统的部分不处于操作中，而是被填充流体时，当等待系统、分离过程或工作流中的其它部分或操作完成时，或在系统在夜晚期间暂停的情况下，可使用第二状态。当设有阀的系统或系统的部分处于操作中时，可使用第三状态。通过在当系统不处于操作中时的时间期间使用第二状态，仍然停止流经阀的流体并且禁止任何不需要的流体转移(例如由于虹吸引起)。由此，设于系统的不同部分中的阀可取决于系统的这些部分是否处于高压下(即，流体是否被泵送)而设定成不同的关闭状态。
在本发明的一个实施例中，根据本发明的流系统中的所有阀或至少许多阀的关闭状态取决于系统(以及例如泵)是处于操作中还是处于空闲状态下而变更。本发明的该实施例允许控制并且变更在液压阀控制设备上游的供应压力，并且实现本发明的简单且合算的实施方式，该实施方式也可应用于传统系统。
由此，关于表面彼此粘附并且因而阻止阀的打开的问题可减轻，因为，在阀中使表面粘附的风险与关闭力以及施加关闭力的持续时间有关。在夹管阀的示例中，管的在夹管阀关闭时被朝向彼此挤夹的内表面可彼此粘附，并且即使在夹管阀稍后打开时也阻止流体流。如果较高的力用于挤夹，并且，如果阀关闭达长时间，则关于管表面彼此粘附的该问题将更严重。对于其中阀座将粘附到隔膜的隔膜阀而同样如此。阀的较高的力和较长的关闭时间将提高表面彼此粘附的风险。由此，通过使用其中关闭力可适于不同情形的本发明，即使在阀已打开之后也由于表面彼此粘附而阻止流体流的风险将较低。尤其在长的关闭时间期间，当未通过设有阀的管泵送流体时，可根据本发明而使用较低的关闭力。
第一关闭力和第二关闭力的水平可取决于例如对于流系统的最大操作流体压力而预设定。第一关闭力可设定成在是最大操作流体压力的一定百分比的流体压力下阻止流，或第一关闭力可设定成在预定义的流体压力(例如，比最大操作流体压力更低，但比流体入口及出口高度差和连接的流体容器的高度差将导致的静液压力更高的流体压力)下阻止流体流。如果流系统和阀连接到在操作期间具有比流系统的典型的操作压力更低的预定义的流体压力或流体压力范围的流体源(例如，增压的容器或流体供应系统)，则第一关闭力可设定成在流体源的所述压力下阻止流系统中的流体流。第一关闭力和第二关闭力的具体水平可通过在不同压力下以含水液体挑战阀和管道并且确定何时发生泄漏而确定。
在本发明的一个实施例中，所述第一关闭力设定成在小于第二关闭力设定成阻止的流体压力的一半的流体压力下阻止流体流。
在一个示例中，第一关闭力可设定成在至多0.5巴的流体压力下阻止流体流，并且，第二关闭力可设定成在至多5巴的流体压力下阻止流体流。在另一示例中，第二关闭力可设定成在至多10巴的流体压力下阻止流体流。
在本发明的另一实施例中，所述第一关闭力小于第二关闭力的力的一半。
通过当系统不处于操作中(即，泵不进行泵送)时和当系统处于操作中时测量系统中的流体压力，阀可设定成具有合适的第一关闭力和第二关闭力。
在本发明的一个实施例中，流系统可测量系统中的某些位置处的当前流体压力，并且取决于这些测量值而将阀控制成第二关闭状态或第三关闭状态。一定的时延可用于阀状态的改变，例如以允许出于安全性的原因而在改变阀状态之前使流体压力缓和，或避免在随后的仅包括短时期的空闲状态的操作中间频繁改变阀状态。
在图2a和图2b中，示意性地显示根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的常闭的夹管阀11。在图2a中，显示第一状态，第一状态是打开状态。在图2b中，显示第二状态或第三状态，第二状态和第三状态两者是关闭状态。该夹管阀11包括管挤夹部分21，管挤夹部分21布置成与管3结合而提供，以致于管挤夹部分21可将管3挤夹在固定部分23上。该固定部分可为夹管阀11本身的部分或为设于系统中的单独的部分。管挤夹部分21通过杆25连接到设于室29内的活塞27。室29可为圆柱体。室29被活塞27分成两个部分，第一室部分29a和第二室部分29b。第一流体入口35a被提供给第一室部分29a，并且，第二流体入口35b可被提供给第二室部分29b。活塞27受到来自弹簧31的力，该力作用于第二室部分29b的活塞27和后壁33两者。由此，管挤夹部分21朝向管移动并且关闭管，以实现阀的常闭的状态。可取决于所选择的弹簧类型和所施加的弹簧力并且与通过第一流体入口35a和第二流体入口35b，施加到第一室部分29a和第二室部分29b的流体压力组合而选择所得到的关闭力，该关闭力将使阀设成阀的关闭状态中的一种(第二状态或第三状态)。
在第一室部分29a中提供诸如气体或液体的流体，并且，第一室部分29a内部的流体压力可通过将更多的流体通过第一入口35a引入而改变。由此，活塞27将朝向第二室部分29b的后壁33移动，并且由此，管挤夹部分21也将从固定部分23移开。在图2a中，已将更多的流体提供到第一室部分29a中，由此使弹簧31压缩并且使管挤夹部分21从固定部分23移开，即，打开夹管阀，以致于流体流被允许通过管3。根据本发明，这被称为第一状态，第一状态是打开状态。
在图2b中，第一室部分29a中的流体压力小于图2a中的流体压力。由此，弹簧31被释放，并且，管挤夹部分21朝向固定部分23移动，并且由此，管3被挤夹于管挤夹部分21与固定部分23之间。根据本发明，这被称为第二状态或第三状态，并且，这是流不被允许通过管3的关闭状态。根据本发明，存在两种不同的关闭状态(第二状态和第三状态)，其中，由阀提供不同的关闭力。在本发明的该实施例中，这些不同的关闭力可通过以至少两种不同水平控制提供到第一室部分29a中的流体而实现。在另一实施例中，第二入口35b被提供给第二室部分29b，并且，也可改变第二室部分29b中的流体压力。由此，可提供根据本发明的三种不同状态。可在未给室29提供任何额外的流体压力的情况下合适地提供一种状态。在图2a和图2b中所显示的实施例中，这是关闭状态。由此，夹管阀是常闭的夹管阀。另一种关闭状态通过对额外的流体施力而提供，并且由此在第一室部分29a或第二室部分29b中提高流体压力。在提高第一室部分29a中的流体压力以便提供另一种关闭状态的情况下，该其它关闭状态是如上文中所提到的第二状态，并且，在提高第二室部分29b中的流体压力以便提供另一种关闭状态的情况下，该其它关闭状态是如上文中所提到的第三状态。
在第一实施例中，提供根据图2a和图2b的常闭的夹管阀，其中，由弹簧(例如，第二室部分29b中的弹簧31)施加第三状态和第二关闭力。由此，即使未将液压流体压力施加到第一室部分29a或第二室部分29b中的一个或两个，阀也将在高的操作压力下并且在常闭的默认状态下停止管中的流体流。该设计提供针对液压流体的供应中的可能的失败或中断的安全性。在阀和流系统的操作期间，打开阀，并且，通过将液压流体压力施加到第一室部分29a而实现通过阀的流体流，以致于使阀成为阀的第一打开状态。为了利用阀的第一关闭力来提供第二状态并且减小流系统中的管道上的夹持力，将比针对第一打开状态而施加到第一室部分29a的液压流体压力更低的液压流体压力施加到第一室部分29a。由此，管道上的夹持力与第三状态相比而减小。
在第二实施例中，通过在第二室部分29b排气到大气的同时，将不同液压流体压力施加到第一室部分29a，根据第一实施例的阀被控制成其第一状态和第二状态。施加到第一室部分29a的至少两种液压流体压力水平由可被系统自动地控制的一个压力调节器控制。在另一实施例中，第一室部分29a连接到设定成两个不同预定义的液压流体压力的两个不同的调节器。当使用两个调节器时，一个调节器被提供定义第二状态的预定义的液压流体压力，而另一调节器被提供定义与开阀对应的第一状态的预定义的液压流体压力。开关阀用于选择并且确定施加两个液压流体压力中的哪个，以便将阀设成第一状态或第二状态。可人工地操作开关阀，然而，由控制系统进行的自动操作是优选的。
在第三实施例中，通过使第二实施例的至少两个阀个别地或同时地并且由此并联地变成与定义第一状态和第二状态的(一个或多个)相应的调节器处于液压流体连接，所述至少两个阀被控制成其第一状态和其第二状态。
如果流系统设有例如具有不同的大小、管腔直径、材料、壁厚的不同管道，或如果流系统被提供在流系统中以不同的流体压力操作的机制，则根据本发明的阀可被控制成停止流系统中的流体流的多于两种关闭状态。而且，提供被控制成至少两种关闭状态的不同的阀，可应用例如在阀几何结构和尺寸、弹簧载荷、液压室的大小等等的方面不同的阀，从而限制尺寸。
图3a和图3b是根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的常开的夹管阀11'的示意图。与关于图2a和图2b而描述的实施例的唯一差异是，弹簧31设于第一室部分29a中，而不是设于第二室部分29b中，由此当未将流体压力供应到室29b时，通过弹簧力而打开阀。在该实施例中，当未将额外的流体压力提供给室29时，阀打开，并且，流被允许通过管3。为了提供两种不同的关闭状态，将额外的流体以两种不同的量通过第二入口35b提供到第二室部分29b中，以便提供两种不同水平的流体压力。
在其它实施例中，上文的示例中所显示的弹簧和弹簧力可被省略，并且，夹管阀通过两个阀室29a和 29b中的气动流体压力而被操作并且控制成所述三种状态。
在另一实施例中，通过将不同的流体压力仅施加到室中的一个而将阀控制成阀的三种状态。例如，不同的流体压力可施加到室29b，其中，通过施加低于大气压的压力，并且由此使杆25和夹持部21缩回，或通过将室29b排气到大气压以致于管本身的弹性及管呈现管的、打开的管和管腔的原形的内在期望将夹持部21和杆25朝向室29b推动，来调节阀的打开状态。
在其它实施例中，弹簧功能性和弹簧力可由其它设计元素和性质(诸如，例如机械性质、电性质或磁性质)赋予。
图4a是根据本发明的一个实施例的可设成三种不同状态的隔膜阀11''的示意图。隔膜阀11''显示为具有连接器45a、45b，连接器45a、45b连接到相邻的流体导管，例如，可为刚性或柔性的管。在另一实施例中，阀集成到阀上游和下游的相邻的流体导管中，以致于连接器和连接接口被省略。在另一实施例中，例如，阀的入口和出口可通过焊接而在上游和下游与流体导管一体地联结。
隔膜阀包括阀座41和隔膜43。过程流体被引导，以越过阀座41。隔膜43可例如通过液压装置或气动装置而控制成接触阀座41，以便关闭阀，以致于流体流被阻止通过隔膜阀11''。根据本发明，提供是打开状态的第一状态，并且，提供具有不同的关闭力的两种关闭状态。通过提供作用于隔膜43的两种不同水平的流体压力而提供不同的关闭力，由此使隔膜43朝向阀座41以至少两种不同水平移动。液压/气动室47与隔膜43结合而提供，以便进行隔膜43的液压/气动控制。可通过连接到液压/气动室47的管49提供隔膜阀11''的远程控制。连接器51(例如，灭菌连接器)可连接到管49的另一端，以便连接到气动/液压控制系统(当参考图1时为15)。在一个实施例中，连接器51可为同时连接许多气动/液压管的多连接器。在隔膜阀11''的一个实施例中，另外将无菌过滤器53在液压/气动室47与连接器51之间设于管49中。该无菌过滤器53将确保气动/液压室47中的气动/液压流体不被污染。在一个实施例中，无菌过滤器是空气过滤器，并且，气动/液压流体是空气。由此，由于使用来自连接的气动/液压控制系统15的非无菌的气动/液压流体而导致的可能的缺点可通过使用无菌过滤器53而处理。
隔膜阀可单独地提供或与其它阀一起提供，并且可与一次性的流系统和灭菌连接器45a、45b、51一起作为预杀菌的流套件而提供。这可设于袋中并且例如通过伽玛辐射而杀菌。
在本发明的适用于根据本发明的夹管阀和隔膜阀两者的一个实施例中，空气、其它气体或气体混合物用于阀的控制，此外，阀的控制可被调节、处理或预处理，诸如，湿度、组成以及气溶胶含量的控制。
空气、其它气体或气体混合物可例如与一次性的流路径的杀菌同时被杀菌。而且，被提供给系统和/或被提供给用于控制阀的气动/液压控制系统和/或被提供给阀的空气、其它气体或气体混合物可以无菌过滤的状态供给到系统、控制系统或阀。
图4b 显示根据本发明的可设成三种不同状态的另一种类型的隔膜阀11'''。在这种类型的隔膜阀中，隔膜43'通过杆45而移动到阀座41'上。根据本发明，可由杆提供两个不同的关闭力，以便关闭阀。杆45且由此隔膜43'的位置可通过气动/液压流体而控制。气动/液压室47'与杆45结合而提供。
在一个实施例中，通过将比大气压更低的压力施加到气动/液压室47、47'而控制隔膜阀11''、11'''的第一(打开)状态。
在另一实施例中，通过将气动/液压室47、47'排气到大气压因而允许隔膜43、43'根据其固有弹性性质而呈现其自然且松弛的状态，而促进隔膜阀的第一(打开)状态。
在其它实施例中，阀的第一状态以及与第一状态相关联的隔膜的对应的力和位置通过或借助于其它设计元素和性质(诸如，例如机械性质、电性质或磁性质)来促进。
根据本发明，提供一种控制系统，该控制系统配置成用于将至少一个阀控制成设成三种不同状态。所述控制系统包括用于处理并且执行计算机程序的器件和用于进行有线或无线通信以便实行根据本发明的控制的器件。
所述控制系统控制液压或气动控制系统，液压或气动控制系统用于对控制阀状态的液压/气动流体压力进行控制。
此外，根据本发明，提供一种用于控制被提供给流系统中的管的至少一个阀的方法。在图5中显示方法的流程图。在下文中按顺序描述方法步骤：
S1：当应当允许有通过管的流时，将至少一个阀控制成第一状态，第一状态是打开状态。
S3：在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第二状态，所述第二状态是其中提供第一关闭力的关闭状态。
S5：在过程的一些部分在系统中运行期间，将至少一个阀控制成第三状态，所述第三状态是其中提供第二关闭力的关闭状态，第二关闭力是比第一关闭力更高的力。
设于流系统中的管可为柔性管。如果使用夹管阀，则管需要为柔性的。管对于高压应用可为编织的，并且对于较低压力的应用可为非编织的。这样的柔性管可例如由硅树脂(典型地，铂固化的硅树脂或热塑性塑料)制成。尤其在某些状况期间，并且在某些流体流过管的情况下，常见的柔性管的这些材料可倾向于粘附到本身，并且因此，本发明将尤其对具有这些类型的管(诸如，由硅树脂、聚烯烃以及热塑性塑料弹性体制成的管道)的系统有用。
硅树脂管道(优选地，铂固化的硅树脂管道)的示例是Saniflex APSH(非编织)、Saniflex APST(编织)。聚烯烃管道的示例是Tygon管道，诸如，处于非编织型号的Tygon2275 IB。热塑性塑料弹性体管道的示例是Advanta Flex、C-Flex、C-Flex 374以及SaniPure。
在硅树脂管道的情况下，在被挤夹的管中具有含有氢氧化钠(NaOH)的溶液(频繁地用于流系统的清洗的物质(处于0.5-2M的典型浓度))的情况下，在接触和长期的阀关闭之后，已观察到例如在夹管阀中粘附管的风险。对于热塑性塑料管道，在被挤夹的管中具有水或空气的情况下，在接触和长期的阀关闭之后，已观察到在夹管阀中粘附管的风险。
根据本发明的流系统的管和阀可设于封闭、预杀菌的包装中，以便安装到系统。由此，根据本发明的管连同阀可有可能通过伽玛杀菌而预杀菌，并且适合于单次使用。

Claims (39)

1.一种用于控制被提供给生物过程流动系统(1)中的管(3a-c)的至少一个阀(11；11'；11''；11''')的方法，所述方法包括以下步骤：
当允许有通过所述管的流动时，将所述至少一个阀控制成第一状态，所述第一状态是打开状态；
在所述系统中运行的一些过程部分期间，将所述至少一个阀控制成第二状态，所述第二状态是其中提供第一关闭力的关闭状态；以及
在所述系统中运行的一些过程部分期间，将所述至少一个阀控制成第三状态，所述第三状态是其中提供第二关闭力的关闭状态，所述第二关闭力是比所述第一关闭力更高的力。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')控制成所述第二状态和所述第三状态的步骤包括促使柔性材料(3；43；43')与表面(3；41；41')进行密封接触。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法是用于确保至少一个阀的可靠打开的方法。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，将所述至少一个阀(11；11')控制成第二状态的步骤包括以所述第一关闭力挤夹所述管(3)，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；并且，其中，将所述至少一个阀(11；11')控制成第三状态的步骤包括以所述第二关闭力挤夹所述管(3)，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，将所述至少一个阀(11''；11''')控制成第二状态的步骤包括以所述第一关闭力使所述阀的隔膜(43；43')朝向所述阀的阀座(41；41')移动，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；并且，其中，将所述至少一个阀(11''；11''')控制成第三状态的步骤包括以所述第二关闭力使所述阀的隔膜(43；43')朝向所述阀的阀座(41；41')移动，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，当未通过所述管泵送流体时，所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')被控制成所述第二状态，并且，当通过所述管泵送流体时，所述阀被控制成所述第三状态。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，取决于在所述系统中使用哪一种类型的管和/或取决于所述系统用于哪个应用，所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')被控制成用于关闭所述阀的所述第二状态或所述第三状态。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，在所述第二状态下从所述至少一个阀提供第一关闭力，并且，在所述第三状态下从所述至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的50%。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的30%。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的20%。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的10%。
12.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，在所述第二状态下从所述至少一个阀提供第一关闭力，并且，在所述第三状态下从所述至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第二关闭力设定成在至多20巴的压力下阻止流体流动。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二关闭力设定成在至多10巴的压力下阻止流体流动。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二关闭力设定成在至多5巴的压力下阻止流体流动。
15.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')通过气动空气或液压流体而控制。
16.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述生物过程流动系统是色谱系统、过滤系统或生物反应器系统。
17.一种生物过程流动系统，包括：
- 至少一个管(3)；
- 被提供给所述管的至少一个阀(11；11'；11''；11''')，其用于控制通过所述管的流动；以及
- 控制系统(15)，其配置成用于将所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')控制成三种不同状态，在所述三种不同状态中，第一状态是打开状态，其中，所述管(3)保持打开，以便允许有通过所述管的流动，并且，第二状态和第三状态是阻止通过所述管的流动的关闭状态，但提供不同的关闭力，其中，在所述第三状态下比在所述第二状态下提供更高的关闭力。
18.根据权利要求17所述的生物过程流动系统，其中，所述控制系统(15)配置成用于通过促使柔性材料(3；43；43')与表面(3；41；41')进行密封接触而将所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')控制成所述第二状态和所述第三状态。
19.根据权利要求17所述的生物过程流动系统，其中，所述至少一个阀(11；11')是夹管阀，并且，所述控制系统(15)配置成用于通过以第一关闭力挤夹所述管(3)而将所述至少一个夹管阀控制成所述第二状态，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；并且，其中，所述控制系统(15)配置成用于通过以第二关闭力挤夹所述管而将所述至少一个夹管阀控制成第三状态，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
20.根据权利要求17所述的生物过程流动系统，其中，所述至少一个阀(11''；11''')是隔膜阀，并且，所述控制系统(15)配置成用于通过以第一关闭力使所述隔膜阀的隔膜(43；43')朝向所述隔膜阀的阀座(41；41')移动而将所述至少一个隔膜阀控制成所述第二状态，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；并且，其中，所述控制系统配置成用于通过以第二关闭力使所述隔膜阀的隔膜朝向所述隔膜阀的阀座移动而将所述至少一个隔膜阀控制成第三状态，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
21.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，所述控制系统(15)配置成用于在通过所述管泵送流体期间，当所述管应当被关闭以便不允许有通过所述管的流动时，以最高的关闭力将所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')的状态控制成所述第三状态，并且，当未通过所述管泵送流体时，当所述管应当被关闭以便不允许有通过所述管的流动时，所述控制系统配置成用于以较低的关闭力将所述至少一个阀的状态控制成所述第二状态。
22.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，所述控制系统(15)配置成用于取决于在所述生物过程流动系统中使用哪一种类型的管和/或取决于所述生物过程流动系统用于哪个应用，而将所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')的状态控制成用于关闭所述阀的所述第二状态或所述第三状态。
23.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，所述至少一个阀(11；11'；11''；11''')包括用于通过气动空气或液压流体而控制所述阀的状态的器件，并且其中，所述控制系统(15)配置成用于控制所述气动空气或液压流体。
24.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，所述生物过程流动系统(1)是色谱系统、过滤系统或生物反应器系统。
25.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，在所述第二状态下从所述至少一个阀提供第一关闭力，并且，在所述第三状态下从所述至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的50%。
26.根据权利要求25所述的生物过程流动系统，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的30%。
27.根据权利要求26所述的生物过程流动系统，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的20%。
28.根据权利要求27所述的生物过程流动系统，其中，所述第一关闭力设定成阻止的流体流动的流体压力小于所述第二关闭力设定成阻止的流体压力的10%。
29.根据权利要求17-20中的任一项所述的生物过程流动系统，其中，在所述第二状态下从所述至少一个阀提供第一关闭力，并且，在所述第三状态下从所述至少一个阀提供第二关闭力，其中，所述第二关闭力设定成在至多20巴的压力下阻止流体流动。
30.根据权利要求29所述的生物过程流动系统，其中，所述第二关闭力设定成在至多10巴的压力下阻止流体流动。
31.根据权利要求30所述的生物过程流动系统，其中，所述第二关闭力设定成在至多5巴的压力下阻止流体流动。
32.一种阀，其中，所述阀(11；11'；11''；11''')配置成用于设成三种不同状态，在所述三种不同状态中，
第一状态是打开状态，其中，设有所述阀的管(3)保持打开，以便允许有通过所述管的流动；
第二状态和第三状态是关闭状态，但具有不同的关闭力，其中，设有所述阀的管在这两种关闭状态下针对流动而被关闭，但在所述第三状态下比在所述第二状态下具有更高的关闭力。
33.根据权利要求32所述的阀，其中，所述阀(11；11'；11''；11''')通过促使柔性材料(3；43；43')与表面(3；41；41')进行密封接触而设成所述第二状态和所述第三状态。
34.根据权利要求32所述的阀，其中，所述阀(11；11')是夹管阀，并且，
所述第二状态是阻止通过设有所述阀的所述管(3)的流动的关闭状态，其中，通过以第一关闭力挤夹所述管而阻止流动，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；以及
所述第三状态是阻止通过设有所述阀的所述管的流动的关闭状态，其中，通过以第二关闭力挤夹所述管而阻止流动，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
35.根据权利要求32所述的阀，其中，所述阀(11''；11''')是隔膜阀(11''；11''')，并且，
所述第二状态是阻止通过设有所述隔膜阀的所述管的流动的关闭状态，其中，通过以第一关闭力使所述隔膜阀的隔膜(43；43')朝向所述隔膜阀的阀座(41；41')移动而阻止流动，所述第一关闭力适于在所述管中的第一流体压力下停止所述管中的流动；以及
所述第三状态是阻止通过设有所述隔膜阀的所述管的流动的关闭状态，其中，通过以第二关闭力使所述隔膜阀的隔膜(43；43'')朝向所述隔膜阀的阀座(41；41')移动而阻止流动，所述第二关闭力适于在所述管中的第二流体压力下停止所述管中的流动，所述第二流体压力比所述管中的所述第一流体压力更高。
36.根据权利要求35所述的阀，其中，所述隔膜阀包括用于使所述隔膜阀的液压或气动室(47)连接到液压或气动控制系统的管(49)，其中，所述管(49)包括无菌过滤器(53)。
37.根据权利要求32-36中的任一项所述的阀，其中，所述阀包括控制系统(15)，所述控制系统(15)配置成用于将所述阀控制为设成所述三种不同状态。
38.根据权利要求37所述的阀，其中，在通过所述管泵送流体期间，当设有所述阀的管(3)应当被关闭以便不允许有通过所述管的流动时，所述控制系统(15)配置成用于以最高的关闭力将所述阀(11；11'；11''；11''')控制成所述第三状态，并且，当未通过所述管泵送流体时，当设有所述阀的管应当被关闭以便不允许有通过所述管的流动时，所述控制系统配置成用于以较低的关闭力将所述阀控制成所述第二状态。
39.根据权利要求32-36中的任一项所述的阀，其中，所述阀包括用于通过气动空气或液压流体而控制所述阀的器件。
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