CN1721033A - 一次性整体过滤单元 - Google Patents

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Abstract

公开了一种一次性整体过滤单元(10)，其适用于药液的一次和/或二次净化。所述一次性整体过滤单元具有一个入口(40)和一个出口(60)，并且包括多个过滤板(20n)，所述过滤板置于一对端板(24，26)之间。每个所述过滤板(20n)分别包括一个聚合物框架(28)，其中嵌入着一个深层梯度式过滤包(35)。所述过滤板和所述端板共同形成一个充分固定的整体式叠放体，其中，通过所述入口(40)进入所述一次性整体过滤单元(10)的液体在通过所述出口(60)从所述一次性整体过滤单元排出之前大致同时(即，“并行”)通过每个过滤板(20n)的深层梯度式过滤包(35)。

Description

一次性整体过滤单元
技术领域
本发明总体上涉及一次性过滤单元，特别地讲，涉及一种一次性整体过滤单元，通过所述一次性整体过滤单元的液体“并行”流过多个深层梯度式过滤包(deep gradient filter packet)。
背景技术
优良制造规范和政府规制是许多生物制药过程的核心。这种制造过程通常必须经过批准的而且经常又非常漫长和高费用的确认程序。
例如，由于显而易见的原因，用于生物制药制品的分离和净化的设备必须满足非常苛刻的清洁度要求。新的或重新批准的设备(例如，一次和二次过滤单元)的清洁确认需要差不多50多次的暴露表面检测一擦拭和随后的对这种检测的生物化验。对于单件过滤设备来说，单次清洁确认的相关及再次进行的成本很有可能超过数千美元。
为了在需要或要求清洁时降低这种清洁确认的成本和费用和/或减少清洁确认次数，制药和生物技术工业正在加紧探索可事先确认的部件式一次性过滤装置的解决方案。
沿着这些技术路线，最近人们在开发一种可满足工业量级的合成药液原料(例如，细胞培养物)的一次和/或二次净化的一次性过滤装置的解决方案方面表现出相当大的兴趣。这种过滤过程的大容量、高产量要求通常会促使使用非常昂贵的已安装好的不锈钢过滤装置，其中，可更换的过滤盒或筒(例如，通常包括透镜状过滤元件的叠放体)安装在不锈钢壳体或类似接收器中。在过滤操作结束和失效的过滤盒或筒拆下时，所述过滤装置在再次使用之前必须要花费相当大的成本和劳力对其进行清洁和确认。
因此，迫切需要一种一次性过滤单元，其可事先消毒和事先确认，并且可以与传统过滤方法所能提供和期望相当的容量和产量执行一次和二次净化，但可大大地降低对大量的固定管道、设备和其它类似过滤硬件的需要。
尽管已公开了一次性整体过滤单元，例如1995年7月4日授予Richard G.Gutman等人的美国专利No.5429742中所提出的一次性整体过滤单元，但这些和其它已知技术不能很好地用于或非常容易地服务于澄清过滤(一般地)和高产量、高容量的一次和/或二次净化(特殊地)。
发明内容
为了应对上述需求，本发明提供了一种一次性整体过滤单元10，其具有一个入口40和一个出口60，并且包括多个过滤板20n，所述过滤板置于一对端板24、26之间。每个过滤板20n分别包括一热塑性聚合物框架28，其中嵌有一个深层梯度式过滤包(填料)35。所述过滤板和所述端板熔合形成一个充分固定、充分水密的整体式叠放体。通过所述入口40进入一次性整体过滤单元10的液体在通过所述出口60从所述一次性整体过滤单元排出之前大致同时通过每个过滤板20n的深层梯度式过滤包35(参看，“并行”流)。
通过嵌入的深层梯度式过滤包35的“并行”流路可促进一次性整体过滤单元10用于例如生物药液的一次和/或二次净化。在一个优选实施例中，与目前广泛使用的较为庞大的典型过滤单元相比，一次性整体过滤单元10相对较小和紧凑，这是可使安装和操纵更为容易的期望结构特点。所述一次性整体过滤单元被构造成这样，即在过滤中不需要使用外壳。一次性整体过滤单元10可直接安装在液体处理流路内。当过滤单元失效时，拆下过滤单元，然后更换一个新的过滤单元。
在本发明的一个特殊实施例中，所述一次性整体过滤单元的聚合物框架28：(a)为单件；(b)具有一个限定所述聚合物框架的内部区域的外边界，所述外边界具有面向内部的内壁面214和面向外部的外壁面216；以及(c)在所述面向外部的表面216内提供了一个供给端口210、一个滤出端口212以及一个过滤区216。一个深层梯度式过滤包35嵌在过滤区216中。深层梯度式过滤包35包括依次叠放或堆叠的过滤材料片或层，以形成一个整体垫状组合体。根据材料和制造方法，组合体为自支承的和/或用于封装在多孔外封皮、筛网或滤网内。
鉴于以上所述，本发明的主要目的是提供一种用于生物药液和类似液体的一次和/或二次净化的一次性整体过滤单元。
本发明的另一个目的是提供一种包括多个叠放和熔合在端板之间的过滤板的一次性整体过滤单元，其中，每个所述过滤板中均嵌有一个深层梯度式过滤包。
本发明的又一个目的是提供一种可提供通过并入的所述多个深层梯度式过滤包的“并行”流路的一次性整体过滤单元。
本发明的还一个目的是提供一种具有并入的多个相对较厚的深层梯度式过滤包的一次性整体过滤单元，所述深层梯度式过滤包以使结构扭曲最小化的方式嵌入在所述一次性整体过滤单元内。
本发明的另一个目的是提供一种可在不需要使用外壳的情况下用于例如生物药液的一次和/或二次净化的充分水密的过滤单元。
为了进一步地理解本发明的特征及上述这些和其它目的，应结合附图参看下面所作的描述。
附图说明
附图提供了示意性结构。构件的相对位置、形状和尺寸已被夸大，以便于论述和介绍。
图1是根据本发明的一个实施例的一次性整体过滤单元10的简图，一次性整体过滤单元10包括过滤板20n的叠放体，并且每个过滤板20n中分别嵌入一个深层梯度式过滤包；
图2是可用于一次性整体过滤单元的结构中的深层梯度式过滤包35的简图；
图3a是可用于一次性整体过滤单元的结构中的单个过滤板20的剖视图；
图3b是可用于一次性整体过滤单元的结构中的配对的过滤板20I、20II的剖视图；
图3c是可用于一次性整体过滤单元的结构中的过滤板20的一个实施例的俯视图；
图3d是可用于一次性整体过滤单元的结构中的过滤板20的另一个实施例的俯视图；
图4a是过滤板20的另一个实施例的俯视图，所述实施例根据两步模塑成型和镶嵌成型过程制成；
图4b是沿着轴线B-B所作的图4a所示的过滤板20的剖视图；
图5是可用于一次性整体过滤单元的结构中的配对的过滤板20I、20II的一个特殊实施例的剖视图；以及
图6是根据本发明的一个特殊实施例的一次性整体过滤单元10的剖视图，一次性整体过滤单元10包括过滤板20n的叠放体，每个所述过滤板20n中分别嵌入一个深层梯度式过滤包35。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种一次性整体过滤单元10，其具有一个入口40和一个出口60，并且包括多个过滤板20n，这些过滤板20n置于一对端板24、26之间。一次性整体过滤单元10的特征在于，每个所述过滤板20n均包括一个热塑性聚合物框架28和一个深层梯度式过滤包35，所述深层梯度式过滤包35嵌在所述热塑性聚合物框架28中。过滤板20n和端板24、26共同形成一个充分固定的整体式叠放体，所述叠放体这样布置和构造，即通过入口40进入一次性整体过滤单元10的液体在通过出口60从一次性整体过滤单元10中排出之前大致同时(即“并行”)通过每个过滤板20n的深层梯度式过滤包35。
优点之一，一次性整体过滤单元10由于具有整体结构，因此不再需要一个固定外壳，例如目前广泛使用的相对较贵的不锈钢壳体。在这点上，通过所述一次性整体过滤单元的液体流大致包含于所述过滤板的整体式叠放体中，这是一种可形成充分水密结构的新颖结构形式。在特殊应用场合下，仍可使用一个固定外壳。
一次性整体过滤单元10可以相对较低的成本实现。特殊地，一次性整体过滤单元10可被制成“单次使用”装置，术语“单次使用”在此的意思是，在期望(或预定)的液体过滤操作完成时，过滤单元10可被抛弃(例如，在过滤某些环境限制物质之后有时根据法律的要求)或部分或完全恢复或重复利用(例如，在过滤非限制物质之后)。
与大过滤单元相比，所述一次性整体过滤单元可以以与其相当的产量但更小、更紧凑的区域进行容量相对较大的液体净化(即，所谓的“一次净化”)。上述这种功能部分归功于所述过滤单元的新颖结构和多个深层梯度式过滤包的使用，所述多个深层梯度式过滤包布置在过滤单元10的“并行流”路内，从而，每个所述过滤包均能对过滤单元的总可用滤膜面积作出贡献。本发明的过滤单元10的优选实施例用于含有尺寸在大约10微米至100微米的范围内的颗粒的液体的大容量过滤。
尽管图1所示的实施例中的一次性整体过滤单元10包括的过滤板20a-n在端板24、26之间以大致法向关系布置，但这种结构不应认为是限制性的。也可采用其它结构。例如，过滤板20a-n的叠放体也可以大致正交关系置于端板24、26之间。这例如可通过以下方式实现：在每个过滤板20的边缘面上或邻近于该边缘面放置合适的入口或出口，并且将所述端板构造成一个具有与所述过滤板20a-n的所述入口和所述出口合适配合的相应流路的歧管。当然，鉴于在此所作的描述，本领域的普通技术人员也可考虑采用其它结构。
尽管对于例如涉及相对较高的液体压力和温度的某些应用场合来说，可期望一次性整体过滤单元10这样设计，即只通过永久组合的过滤板20a-n和端板24、26创建出一条从所述入口至所述出口的合适的水密流路，但是人们仍希望获得一种更为坚固的结构。在这种情况下，可在一次性整体过滤单元10上模制一个可选的包裹成型包壳80，其包裹着过滤板20a-n的外表面。包裹成型包壳80如果希望可至少部分地延伸到端板24和26中，以夹持或固定这些构件。包裹成型包壳80例如可使所述过滤单元在面对较高液体压力和/或温度时更为耐用(参看，水密)。
如上所述，每个过滤板20n均包括一个深层梯度式过滤包35，其固定地嵌在一个聚合物、优选塑料、更优选热塑性的框架28内。如图3a所示，与深层梯度式过滤包35一样，聚合物框架28具有大致平坦结构。深层梯度式过滤包35以大致法向或共面方位嵌在聚合物框架28内。因此，这样产生的过滤板总体上呈厚片状结构，这种结构可非常好地适用于上下彼此邻近叠放。
如图3a、3b和3c所示，不管其被应用在何种特殊实施例中，聚合物框架28均被特定地构造成可限定出至少三个非重叠区，即过滤区216、供给端口区210和滤出端口区212。深层梯度式过滤包35在聚合物框架28内特定地嵌在和“架设”在过滤区216内。
如图3a、3b和3c所示，对过滤区216、供给端口区210和滤出端口区212的形状、相对位置以及尺寸没有任何特殊的限制。在形状和尺寸方面，本领域的普通技术人员也可选择适合于所寻求的特殊过滤的形状和尺寸。尽管在图3a、3b和3c中仅示出了一个特定的供给端口区210和滤出端口区212，但如果需要也可使用多个所述端口。例如见图4a。
尽管在本发明的主要实施例中所述供给端口区和所述滤出端口区彼此相反地位于聚合物框架28的远端和所述过滤区处于上述两个端口之间的大致中心处(例如，见图3a和3b)，但这并不是必须的。例如，如图3c所示，也可构造出一个可操作过滤板20，其中，供给端口区210和滤出端口区212彼此接近，并且由过滤区216大致包围着。
聚合物框架28的结构大小受具有外壁面216和内壁面214的外壁限制。在本发明的某些实施例中，当多个过滤板20n叠放在一起形成一个过滤单元10时，每个聚合物框架28的外壁面216会共同地形成过滤单元10的外侧面。在本发明的某些主要实施例中，这样形成的过滤单元10的组合外壁足够水密、持久和坚固，从而，可在不使用外壳体的情况下执行过滤。
通过过滤单元10的流路大部分是由聚合物框架28的结构限定。在一种典型结构中，过滤板20n的叠放体包括多对过滤板20n。如图3b所示，在每对过滤板中，两个完全相同的过滤板20I和20II放置在一起，并“背对背”对齐组合起来。当液体在过滤操作的进行当中被引入所述一对过滤板中时，液体会首先进入组合入口，然后再进入形成在所述深层梯度式过滤包之间的通道中。随后，液体会通过深层梯度式过滤包35，从而会被深层梯度式过滤包35过滤，之后再流入组合出口中。
所谓“并行流动过滤”(即，大致同时流过一次性整体过滤单元的每个过滤包)可通过以下方式实现：将所述几对过滤板这样结合在一起，即所有入口和所有出口均对正和对齐。尽管优选使用多对过滤板而使个体过滤板为偶数个，但本领域的普通技术人员可以理解：通过在合适构造的端板之间置入单个过滤板也可形成一条可操作液体过滤流路。因此，本发明并不局限于使用的是多对偶数个过滤板还是奇数个过滤板。本发明在这种选择方面具有灵活性。
过滤板对的一个可用实施例示于图5中。在此，所述过滤板对包括两个完全相同的过滤板20I，II，每个所述过滤板均包括一个聚合物框架28I，II，所述聚合物框架限定出一个供给端口区210I，II、一个滤出端口区212I，II和一个大致处于它们之间的过滤区216I，II。深层梯度式过滤包35I，II嵌在相应的过滤区216I，II中。过滤板20I，II结合成一体以在过滤包35I，II之间形成一条供给通道50和在过滤包35I，II外侧形成滤出通道52。组合供给端口区210I，II提供可使液体直接进入供给通道50的开口。相似地，组合滤出端口区212I，II提供可使液体直接从滤出通道52排出的开口。
嵌在聚合物框架28之内的深层梯度式过滤包35的特征在于，(优选纤维基)过滤材料具有厚的分层结构。过滤材料片或层依次叠放起来形成一个复合垫状结构，根据所选择的制造技术，所述组合垫状结构可为“自支承”的或用于封装在多孔外封皮、筛网或滤网内。此外，模制的薄膜材料或无纺过滤材料层可用于替代优选的纤维基材料或附加在本领域的普通技术人员所知的这种纤维基材料上。
构成过滤包的每层可由相同或不同的材料制成。然而，在功能方面，在向下游通过过滤包的方向上，每层均比其下一层具有越来越大的阻滞作用。在特别用于生物制药过滤的一个实施例中，上游层提供所谓的“预过滤”功能(即，大约25至大约1微米的阻滞功能)；中间层提供所谓的“初级过滤”功能(即，大约1微米至大约0.3微米的阻滞功能)；以及下游层提供所谓的“液体精滤“功能(即，大约0.3微米至大约0.1微米的阻滞功能)。
每层或片均可由相同或不同的材料制成。可用于这种目的的基材的类型包含：聚丙烯、聚酯、玻璃、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、纤维素、石棉、尼龙、聚醚砜以及其它聚合(或非聚合)材料。
除了上述基材以外，也可考虑采用以下专利中所公开的过滤材料和介质：1987年2月24日授予K.C.Hou等人的美国专利No.4645567；1986年8月19日授予K.C.Chu等人的美国专利No.4606824；1985年4月16日授予K.C.Hou的美国专利No.4511473；1984年12月18日授予K.C.Hou的美国专利No.4488969；1994年2月1日授予K.Seller等人的美国专利No.5283106；1987年4月28日授予G.Aumann等人的美国专利No.4661255；以及1967年11月21日授予D.B.Pall等人的美国专利No.3353682。
通常优选纤维材料，这是由于它们的多方面适应性、相对较为容易的沉积、其强度增强性能、内表面与重量之比、成本以及由于纤维可以以各种不同位置和角度定位。典型的纤维材料包含：玻璃和石英，石棉，钛酸钾，胶体氧化铝，硅酸铝，矿棉，再生纤维素，微晶纤维素，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚偏二氯乙烯，聚丙烯腈，聚乙烯，聚丙烯，橡胶，对苯二甲酸和乙二醇的聚合物，聚酰胺，酪蛋白纤维，玉米纤维，醋酸纤维素，粘胶人造丝，大麻，黄麻，亚麻，棉，丝，羊毛，马海毛，纸，金属纤维例如铁、铜、铝、不锈钢、黄铜、银和钛的纤维、以及具有板条状或针状颗粒的粘土例如这种类型的微晶高岭石、海泡石、坡缕石和阿塔普吉特镁质粘土。
本发明对构成所述预过滤区的层的形态没有任何特殊的限制。例如，在一个实施例中，材料被形成为一个无纺合成针刺毡垫。如果使用聚丙烯，聚丙烯优选为原纤维。换言之，纤维在其形成的过程中或之后基本上不具有通常添加或涂覆在聚丙烯纤维上的粘结剂、整理剂和其它佐剂。除了在聚丙烯的合成中固有的这些添加剂以外，原聚丙烯基本上不含有其它任何添加剂。
过滤垫或垫片的形成可通过不同的传统技术实现，其中，机械、空气动力学或水动力学丝网形成的传统技术用于天然和合成短纤维和长丝，静电形成的传统技术用于纤度非常小的纤维。
纺粘材料可由热塑性材料例如聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺或聚酯的熔纺长丝形成，它们通过针刺、收缩处理或添加粘结剂得到相当大程度的固结(强化)。通过纺粘处理可获得优点，在所述纺粘处理中，长丝形成聚合物在一次操作中熔纺和在空气流中冷却，然后拉伸，最后直接织成垫或垫片的形式。由于纺粘无纺布的商品和质量优于其它无纺布，因此，纺粘无纺布通常用作过滤材料。
对于纤维素基材料，在一种制造方法中，首先需制备一种包括纤维素纤维、过滤添加剂和聚合热固性粘结剂的浆。所述浆在真空条件下制成毡，然后高温固化。阳离子树脂当固化时形成一个永久互连刚性结构。从而，可形成一种组合结构，其具有一个呈弯曲结构的流动通道，并且包括嵌在纤维素基质中的过滤添加剂。
用于制造过滤器的无纺布希望在固结(强化)状态下使用。材料可通过任何传统方式固结，例如可通过在压力作用下进行热粘合，或通过针刺，或通过使用粘结剂例如诸如呈纤维或粉末形式的热融粘合剂进行热粘合，其中在压力作用下进行热粘合的方法中，材料承受砑光处理，在使用粘结剂进行热粘合的情况下，热融粘合剂的融点必须低于丝网的纤维材料的融点，或预强化可通过使用上述方法的组合实现。
过滤材料在某些情况下通过混入非纤维添加剂即所谓的“助滤剂”可得到益处。这些助滤剂可通过使用合适的阴离子、阳离子或非离子结合树脂混入。上述添加剂的实例包含但不限于：酸洗硅藻土、珍珠岩、火成沉淀二氧化硅(用于疏水吸收)以及活性碳(用于吸收某些激素和热原)。
滤膜例如模制或无纺或拉伸微孔滤膜用于最后几层中的一层或多层(小孔尺寸为0.45或0.2微米)，当材料流过为澄清过滤包的过滤包35时，上述最后几层中的一层或多层可提供较高的杂质阻滞作用。用于这种滤膜的合适材料包含但不限于：包括再生纤维素和纤维素混合酯在内的纤维素，聚偏二氟乙烯，聚砜，聚醚砜，聚芳基砜，尼龙，聚酯，聚碳酸酯，聚苯乙烯，PTFE树脂，聚丙烯，聚乙烯，以及类似物。市场上有售的合适材料的实例是一种称为RW滤膜的混合酯纤维素制品、一种称作Durapore滤膜的PVDF滤膜和一种称作Millipore Express滤膜的PES滤膜，所有这些滤膜均可从马萨诸塞州的比勒里卡市的MilliporeCorporation获得。
优选通过注射成型将深层梯度式过滤包35并入聚合物框架28中。尽管传统的注射成型方法可用于某些应用场合，但许多热塑性材料的记录资料良好的热后成型、预固化的结构不稳定性(例如，收缩)会对并入后的过滤材料的结构的完整性产生不良影响。例如，如果试图并入的深层梯度式过滤包35是一种期望实现高分辨率分离(例如，常见于生物药液分离中)的类型，环绕着的聚合物框架28即使短期或暂时地发生即使非常微小的结构改变，也会对所述深层梯度式过滤包35的结构的完整性产生不可接收的损害。在采用大框架形式的情况下，某些热塑性原料在固化过程中可产生非常严重的结构翘弯，从而，即使坚固的深层梯度式过滤包的结构和功能的完整性也不能免受这种影响。
在本发明中，如果聚合物框架28被设计成足够厚而可在完成的装置的操作过程中承受住内压力，则其可提供较好的功能性。然而，聚合物框架模制得越厚，其收缩的趋势就会越大。对扭曲和收缩方面的考虑也会限制材料的选择。
为了解决上述这种相关的制造问题，可使用一种两步模塑成型方法，其中，首先制成聚合物框架的相当大的第一部分，其允许收缩到自然状态，其余的较小部分在所述深层梯度式过滤包的镶嵌成型过程中或与所述深层梯度式过滤包的嵌入同时模塑成型。特别地，两步模塑成型方法可包括以下步骤：(a)由热塑性聚合物形成所述聚合物框架的第一部分，所述外侧的第一部分至少提供所述过滤区；(b)将所述深层梯度式过滤包放置在所述过滤区中；以及(c)由所述热塑性聚合物形成所述聚合物框架的第二部分，并且将所述深层梯度式过滤包嵌在合适的位置上，其中，所述第二部分使所述聚合物框架完成。
所述两步模塑成型方法的优点主要源于所述第一形成部提供的稳定支撑作用。当所述第二形成部的热塑性材料冷却(或硬化)时，虽然收缩或翘曲同样会发生，但由于会受尺寸稳定的第一部分施加的空间约束和其具有相对较小的体积，因此收缩或翘曲会受到大得多的限制。因此，深层梯度式过滤包35会在相对较为平稳的情况下坚固地嵌在所述聚合物框架内，从而，会更小地损害其结构和功能的完整性。
关于用于镶嵌成型深层梯度式过滤包35的两步模塑成型方法的更为详尽的细节描述于与本申请要求优先权的在先申请同一日期提交的名称为“组合过滤板的制造方法”的美国专利申请No.10/870802。
尽管在上述实例中已突出强调了使用热塑性材料形成聚合物框架28，但如果应用场合希望或需要，所述框架的一部分或全部也可采用其它材料例如热固性材料和橡胶，这将在以下描述。
深层梯度式过滤包35的一个代表性实例示于图3中。深层梯度式过滤包35包括多个邻近的过滤层355、357和359，它们置于两个滤网352和354之间，每个所述过滤层的阻滞作用均好于其前面的一个过滤层。特殊地，所述深层梯度式过滤包的组成如下：
构件          材料                      厚度(英寸)      渗透率
                                                       (LMH/psi)
滤网352       聚丙烯压延斜纹滤网        0.022            --
过滤层355     包括纤维素木浆和硅藻土    0.13             1800
(DE50)        的湿法垫
过滤层357     包括纤维素木浆和硅藻土    0.13             300
(DE75)        的湿法垫
滤膜351       纤维素混合酯、微孔滤膜，  0.009            200
(RW01)        小孔名义尺寸0.1微米
滤网354       聚丙烯压延斜纹滤网        0.022            --
在一次性整体过滤单元10的优选组件中，每个所述预结合过滤板对顺序地放置在一起，并被定位在合适的存放器中，然后永久性地结合在一起，从而，形成了水密密封。在所述叠放体完成之后，将端板24和26分别定位在所述叠放体的下游和上游侧，并以可形成水密密封的形式永久性地结合。永久结合可通过例如使用机械连接器、粘合剂、热密封和类似方法完成。
在特别是用于图4a所示类型的实施例的组件的热密封工序方面，在使用热塑性材料的情况下振动焊接可产生特别好的结果。
振动焊接及其几个变型是众所周知的技术。在振动焊接的过程中，要被熔合的构件处于被以例如超过每秒20000个周期(即，20Hz)的频率振动的某些预先指定的接触点上。在数微秒内产生剧热，以在各接触点上熔融所述热塑性材料和焊接各层。振动焊接优选于其它热焊接方法，这是由于产生的热可相对较为窄地局限于局部并且可快速地散去，从而，不再需要精细制作的和/或昂贵的散热系统。
振动焊接是用于本发明的过滤单元的矩形的“未置于包壳内”的结构的热结合的优选方法。这种结构基本由多个(例如，图4a所示类型的)矩形过滤板组成，所述多个矩形过滤板整体置于一对端板之间。所述整体矩形过滤板被构造和结合在所述端板之间，从而，可去除对使用外包壳的任何需要和要求，或不具有使用外包壳的优点。具有非常高的尺寸稳定性的热塑性材料(例如，玻璃充填聚丙烯或聚砜)是这种实施例的优选材料。在关于“一次性”的经济利益方面，可以理解，由于与振动焊接有关的成本较低，并且省去了包壳的包裹成型步骤，因此使用玻璃充填(glass-filled)热塑性材料所产生的普通较高成本会得到抵消。
这样产生的“未置于包壳内”的过滤单元可用于在相对最小容纳和安装要求的情况下在竖直或水平位置过滤工业量级的液体。在安装方面，很可能在结构上需要使用普通压缩板、入口、出口和相关的流动控制措施。
可用于熔合所有或一些在此构想设计的构件(特别在矩形“未置于包壳内”的竖直或水平过滤单元的构造中)的振动焊接的三个变型为：角焊(使用最高达100Hz的频率和最高达15度的角度)；线性焊(使用100至300Hz的频率和0.5至2.5mm的振幅)；以及双轴振荡运动焊(使用80至250Hz的频率和最高达0.7mm的振幅)。
也可使用用于将构件结合起来的其它替代性方法，例如辐射加热、粘结剂结合、溶剂结合、诸如夹具、螺钉和螺母、铆钉(塑料或金属)的机械装置或诸如热固性材料的可固化材料。
如上所述，端板24和26将所述过滤板的叠放体的上游和下游端密封起来。它们通常由与所述过滤板的所述聚合物框架相同的聚合材料制成，并且可作为一个单独为一个整体的单件模塑或浇注而成，或可为组装件的一个集合体。优选地，端板24和26上分别具有整体形成的所述过滤单元的入口40和出口60。
如需要，也可使用端口塞插塞或阻塞垂直通过过滤板20n的所述叠放体的供给和过滤线路的上游和下游端。例如，见图6。所述端口塞可作为端板24和26的一部分整体形成，或可作为独立构件存在，所述独立构件可在随后的构造中被定位得抵靠着端板24和26，从而，可像一个软木塞那样强制性地插塞在所述供给和过滤线路的开口中。
所述端口塞、端板24和26以及聚合物框架28的材料和结构组装的选择应着眼于提高本发明所寻求的一次性和整体特性。为了实现上述这些目的，除了过滤材料以外的结构和/或刚性过滤单元构件(基本为所有构件)应通常例如通过众所周知的注射成型方法由聚合材料以单件形式(即，作为单一、各向同质、整体、非组装件)形成。
通常合适的聚合材料的实例包含但不限于：聚碳酸酯，聚酯，尼龙，PTFE树脂和其它含氟聚合物，丙烯酸和甲基丙烯酸树脂及它们的共聚物，聚砜，聚醚砜，聚芳基砜，聚苯乙烯，聚氯乙烯，氯化聚氯乙烯，ABS及其合金和混合物，聚烯烃(例如，低密度聚乙烯、高密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯及它们的共聚物)，聚丙烯及其共聚物，茂金属产生的聚烯烃，热固性材料，橡胶，其它可固化聚合物材料例如聚氨酯、环氧树脂、硅酮等合成橡胶，以及类似物。
图6示出了根据本发明的一次性整体过滤单元10的一个实施例。一次性整体过滤单元10包括多个圆柱形过滤板20a-n，它们嵌在端板24和26之间。端板24(具有贝壳状结构)和端板26(具有实心结构)中分别具有整体形成的入口40和出口60。包覆成型在所述过滤板的叠放体上的外包壳80“钩挂”在每个端板24和26的外缘上。过滤板20a-n被构造和布置成提供供给通道“x”和滤出通道“y”，它们分别通向和远离嵌在每个所述过滤板内的每个深层梯度式过滤包35。供给通道“x”与垂直通过所述过滤板的中心供给线路FD直接“连通”；在由端口塞84堵塞的中心供给线路FD的最远端流动。所述滤出通道与垂直通过所述过滤板的中心滤出线路FT直接“连通”；回流到由端口塞82堵塞的中心滤出线路FT的上部区域中。滤网材料65例如厚度为大约0.020至大约0.040英寸的“开孔”聚丙烯滤网用于供给通道“x”和滤出通道“y”。
尽管已参照了本发明的某些特殊实施例描述了本发明，但在在此对本发明所作的描述的帮助之下，本领域的普通技术人员可作出众多修改。应认为这些修改包含于权利要求书所限定的本发明的范围之内。

Claims (14)

1.一种一次性整体过滤单元，其具有一个入口和一个出口，并包括多个过滤板，所述过滤板置于一对端板之间；
每个所述过滤板分别包括一个聚合物框架和一个深层梯度式过滤包，所述深层梯度式过滤包嵌在所述聚合物框架中；
所述过滤板和所述端板形成一个充分固定的整体式叠放体，其中，通过所述入口进入所述一次性整体过滤单元的液体在通过所述出口从所述一次性整体过滤单元排出之前大致同时通过每个所述过滤板的所述深层梯度式过滤包。
2.如权利要求1所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述深层梯度式过滤包包括多层过滤材料，并且第一层过滤材料的渗透率大于最后一层过滤材料的渗透率。
3.如权利要求2所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述深层梯度式过滤包包括三层过滤材料：
(a)第一层过滤材料由纤维素和硅藻土构成，并且具有大约1800LMH/psi的渗透率；
(b)第二层过滤材料由纤维素和硅藻土构成，并且具有大约300LMH/psi的渗透率；以及
(c)第三层过滤材料是微孔滤膜，并且具有大约200LMH/psi的渗透率。
4.如权利要求1所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述聚合物框架：
(a)为单件；
(b)具有一个限定所述聚合物框架的内部区域的壁，所述壁具有面向内部的表面和面向外部的表面；以及
(c)在所述面向外部的表面内提供了一个供给端口、一个滤出端口以及一个过滤区。
5.如权利要求4所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，每个所述过滤板均通过两步镶嵌成型方法制造，所述两步镶嵌成型方法包括以下步骤：
(a)由热塑性聚合物形成所述聚合物框架的第一部分，位于外侧的所述第一部分至少提供出所述过滤区；
(b)将所述深层梯度式过滤包放置在所述过滤区中；以及
(c)由所述热塑性聚合物形成所述聚合物框架的第二部分，所述第二部分使所述聚合物框架得以完成，并且将所述深层梯度式过滤包镶嵌就位。
6.如权利要求5所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述过滤板和所述端板均由热塑性材料形成，并且通过振动焊接而被焊接在一起，以形成所述充分固定的整体式叠放体，所述充分固定的整体式叠放体从所述入口至所述出口是充分水密性的。
7.如权利要求1所述的一次性整体过滤单元，还包括：一个耐用外包壳，其固定地覆盖着所述过滤板的所述面向外部的表面且固定地保持所述端板。
8.一种一次性整体过滤单元，其具有一个入口和一个出口，并且主要由多个相邻的熔合过滤板组成，所述过滤板置于一对端板之间；
每个所述过滤板分别包括一个聚合物框架和一个深层梯度式过滤包，所述深层梯度式过滤包嵌在所述聚合物框架中，所述聚合物框架为单件，且呈大致矩形，而且设有端口；
所述过滤板和所述端板形成一个充分固定的整体式叠放体，其中，通过所述入口进入所述一次性整体过滤单元的液体在通过所述出口从所述一次性整体过滤单元排出之前通过所述端口大致同时进入和排出所述每个所述过滤板的所述深层梯度式过滤包。
9.如权利要求8所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述聚合物框架由玻璃充填热塑性材料形成。
10.如权利要求9所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述玻璃充填热塑性材料是玻璃充填聚丙烯。
11.如权利要求9所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述玻璃充填热塑性材料是玻璃充填聚砜。
12.如权利要求8所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述相邻的熔合过滤板通过振动焊接邻近熔合。
13.如权利要求1所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述聚合物框架由热塑性材料形成。
14.如权利要求8所述的一次性整体过滤单元，其特征在于，所述聚合物框架由热塑性材料形成。
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