-
Die Erfindung betrifft ein Fluidmodul mit einem Ventilknoten, ein Fluidsystem mit mindestens zwei Fluidmodulen und ein Verfahren zum Reinigen eines Fluidmoduls beziehungsweise eines Fluidsystems.
-
Fluidmodule beziehungsweise Fluidsysteme werden unter anderem eingesetzt für An- und Abkoppelprozesse bei hygienischen Applikationen. Ein mögliches Anwendungsbeispiel ist die Versorgung von Zellkulturen in einem Behälter mit einem Versorgungsmedium, beispielsweise einer Nährlösung, oder das Abführen eines mittels der Zellkulturen gezüchteten Erzeugnisses aus dem Behälter. Ein solcher Prozess kann mehrere Wochen dauern, wobei der die Zellkulturen enthaltende Behälter zur Versorgung der Zellkulturen wiederholt an ein Fluidsystem angekoppelt werden muss.
-
Während des mehrfachen An- oder Abkoppelns der Behälter können Verunreinigungen in den Fluidmodulen auftreten, was zu Fehlchargen führen kann, wenn die Verunreinigungen zu den Zellkulturen gelangen oder sich mit dem fertigen Erzeugnis vermischen. Insbesondere können Medien, die nach dem An- oder Abkoppeln transferiert werden, kontaminiert werden. Diese Gefahr, dass Kontaminationen auftreten, ist vor allem dann besonders groß, wenn mittels der Fluidmodule mehrere verschiedene Behälter abwechselnd mit unterschiedlichen Versorgungsmedien versorgt werden. Dabei kann eine geringe Menge eines ersten Versorgungsmediums in dem Fluidmodul zurückbleiben und sich mit einem nachfolgend durch das Fluidmodul strömenden unterschiedlichen Versorgungsmedium vermischen, wodurch die Zellkulturen unbrauchbar werden können.
-
Darüber hinaus kann es auch bei der Montage des Fluidmoduls zu einer Kontamination im medienführenden Bereich des Fluidmoduls kommen.
-
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Fluidmodul beziehungsweise ein Fluidsystem für An- und Abkoppelprozesse bereitzustellen, das sich nach jedem Medientransfer auf einfache Weise reinigen lässt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fluidmodul mit einem Ventilknoten, der einen durch eine Außenfläche begrenzten Grundkörper mit einem zentralen Fluidraum sowie mindestens vier voneinander strömungsmäßig getrennten Fluidkanälen, die jeweils in den zentralen Fluidraum münden, aufweist, wobei auf der Außenfläche zumindest zwei Ventilanschlüsse vorgesehen sind, und wobei an dem Ventilknoten eine Koppelstelle vorgesehen ist, an der ein Koppelmodul befestigt ist. In dem Koppelmodul ist ein Anschlusskanal gebildet, der mit einem der Fluidkanäle im Ventilknoten strömungsmäßig verbunden ist. Das Koppelmodul umfasst zudem ein den Anschlusskanal wahlweise freigebendes und verschießendes Koppelventil.
-
Unter einem Ventilknoten versteht man einen Körper mit mehreren Zuflüssen und mehreren Abflüssen für Flüssigkeiten oder Gase, wobei alle Zu- und Abflüsse über einen zentralen Fluidraum miteinander in Strömungsverbindung stehen.
-
Das erfindungsgemäße Fluidmodul hat den Vorteil, dass möglicherweise kontaminierte Bereiche nach jedem An- bzw. Abkoppelvorgang definiert gereinigt werden können, bevor erneut Medien durch diese Bereiche transferiert werden. Bei den transferierten Medien kann es sich insbesondere um ein Versorgungsmedium für Zellkulturen oder ein erzeugtes Produkt handeln.
-
Insbesondere lassen sich die medienberührten Bereiche im Grundkörper des Ventilknotens reinigen, sodass das Risiko, Medien zu kontaminieren, die nach einem An- oder Abkoppeln des Fluidmoduls transferiert werden, minimiert bzw. ausgeschlossen ist.
-
Zudem muss keine Reinigung der Komponenten des Fluidmoduls vor der Montage des Fluidmoduls erfolgen. Somit kann eine aufwendige Sterilisation der Komponenten des Fluidmoduls vor der Montage entfallen.
-
Die besonders gute Reinigungsmöglichkeit ergibt sich insbesondere dadurch, dass mittels der vier voneinander strömungsmäßig getrennten Fluidkanäle unterschiedliche Strömungswege durch den Ventilknoten gebildet werden können, wobei einer der Strömungswege zum Führen eines Versorgungsmedienstroms, einer der Strömungswege zum Führen eines Erzeugnisstroms und ein weiterer Strömungsweg zum Führen eines Reinigungsmedienstroms dient. Da alle Fluidkanäle in den zentralen Fluidraum münden, kann dieser durch den Reinigungsmedienstrom gereinigt werden, bevor ein Versorgungsmedienstrom oder ein Erzeugnisstrom durch den zentralen Fluidraum strömt.
-
Als Reinigungsmedium dient beispielsweise Reinstdampf, Wasser für Injektionszwecke oder ein chemisches Reinigungsmittel.
-
Mittels des Koppelmoduls, insbesondere mittels des Anschlusskanals, lassen sich Medien einem Behälter besonders einfach zuführen. Hierfür kann ein Behälter oder eine zum Behälter führende Leitung an das Koppelmodul angeschlossen, insbesondere mit dem Anschlusskanal strömungsverbunden werden. Das Anschließen des Behälters oder der Leitung sollte erfolgen, während der Anschlusskanal durch das Koppelventil verschlossen ist.
-
Bei den im Grundkörper ausgebildeten Fluidkanälen handelt es sich insbesondere um einen Versorgungsmedienzufuhrkanal, einen Reinigungsmedienzufuhrkanal, einen Transferkanal und einen Auslasskanal. Der Transferkanal kann mit dem Anschlusskanal im Koppelmodul strömungsverbunden sein.
-
Zu Reinigungszwecken kann der Anschlusskanal und dadurch auch der Transferkanal mittels des Koppelventils sowie ein weiterer der im Grundkörper ausgebildeten Fluidkanäle, insbesondere der Versorgungsmedienzufuhrkanal, verschlossen werden, sodass der zentrale Fluidraum mit einem Reinigungsmedium gespült werden kann.
-
Beispielsweise mündet einer der im Grundkörper gebildeten Fluidkanäle an der Koppelstelle aus und ist mit dem im Koppelmodul geformten Anschlusskanal strömungsmäßig verbunden.
-
Gemäß einer Ausführungsform ist das Koppelmodul zerstörungsfrei lösbar am Ventilknoten befestigt. Auf diese Weise lassen sich bei Bedarf unterschiedlich ausgebildete Koppelmodule wahlweise am Ventilknoten befestigen.
-
Das Koppelmodul kann ein Koppelventilgehäuse mit einem Ventilsitz, einen mit dem Ventilsitz zusammenwirkenden Verschlusskörper und einen Ventilantrieb für den Verschlusskörper aufweisen. Dadurch lässt sich der Anschlusskanal besonderes einfach verschließen beziehungsweise freigeben.
-
Der im Koppelventilgehäuse gebildete Ventilsitz ist insbesondere im Anschlusskanal ausgebildet und unterteilt diesen in zwei Abschnitte.
-
An der Koppelstelle ist vorzugsweise eine Dichtung zwischen dem Ventilknoten und dem Koppelmodul angeordnet, welche eine Austrittsöffnung des in die Koppelstelle mündenden Fluidkanals umgibt. Dadurch ist sichergestellt, dass beim Anbringen des Koppelmoduls auf einfache Weise eine zuverlässige Abdichtung erfolgt und dass an der Schnittstelle kein Fluid austritt.
-
Die Koppelstelle kann durch einen Koppelflansch gebildet sein, der durch einen Fortsatz des Grundkörpers gebildet ist, insbesondere wobei der Grundkörper L-förmig ist und die Koppelstelle an einer Innenseite eines der Schenkel des L ausgebildet ist. Auf diese Weise ist die Befestigung des Koppelmoduls am Grundkörper des Ventilknotens vereinfacht. Insbesondere kann das Koppelmodul auf den Koppelflansch abgesetzt und anschließend an diesem befestigt werden.
-
Die Koppelstelle hat beispielsweise eine Koppelfläche, an der das Koppelmodul anliegt, insbesondere das Koppelventilgehäuse, wobei die Koppelfläche zumindest abschnittsweise relativ zu einer Strömungsrichtung eines Fluids im Bereich der Koppelstelle geneigt verläuft. Anders ausgedrückt verlaufen die Innenseiten der Schenkel des L zumindest abschnittsweise in einem stumpfen Winkel zueinander. Dadurch lässt sich das Koppelmodul besonders einfach sowohl von oben als auch von vorne montieren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn das Koppelmodul nachträglich ausgetauscht werden muss.
-
Vorzugsweise verläuft die Koppelfläche in dem Bereich geneigt, in dem die Dichtung angeordnet ist. Auf diese Weise wird durch die Neigung verhindert, dass die Dichtung bei der Montage des Koppelmoduls beschädigt wird.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Grundkörper im Wesentlichen quaderförmig und die Koppelstelle ist an einer Seitenfläche des Quaders vorgesehen. Dadurch ist das Fluidmodul besonders kompakt ausgebildet.
-
Vorzugsweise ist an jedem Ventilanschluss des Grundkörpers ein Ventilantrieb vorgesehen. Auf diese Weise lassen sich alle im Grundkörper ausgebildeten Fluidkanäle wahlweise verschließen oder freigeben. Genauer gesagt lassen sich unterschiedliche Strömungswege durch den Ventilknoten schalten, indem jeweils zwei Fluidkanäle verschlossen werden und zwei weitere Fluidkanäle freigegeben sind.
-
An dem Ventilknoten und/oder an dem Koppelmodul, insbesondere am Koppelventilgehäuse, können Positioniermittel und/oder Befestigungsmittel vorgesehen sein, um das Koppelmodul in einer definierten Position am Ventilknoten zu befestigen. Durch die Positioniermittel ist sichergestellt, dass das Koppelmodul in einer definierten Position am Ventilknoten angeordnet ist. Zudem können die Positioniermittel bereits dazu dienen, das Koppelmodul in einer vorgesehenen Position zu halten, bis das Koppelmodul mittels der Befestigungsmittel ordnungsgemäß befestigt ist.
-
Der zentrale Fluidraum kann von mindestens einer Seite des Grundkörpers aus offen zugänglich sein und in Draufsicht auf die genannte Seite kann beidseits des zentralen Fluidraums jeweils ein Steg im Grundkörper geformt sein, wobei jeder der beiden Stege einen Ventilsitz bildet und den zentralen Fluidraum gegenüber jeweils einem der daran angrenzenden Fluidkanäle abgrenzt. Durch die Zugänglichkeit des zentralen Fluidraums wird zum einen der Vorteil erreicht, dass sich der zentrale Fluidraum auf einfache Weise im Grundkörper des Ventilknotens fertigen lässt. Beispielsweise lässt sich der Grundkörper einteilig als Gussteil oder Fräßteil herstellen. Indem in Draufsicht auf eine Seite beidseits des zentralen Fluidraums ein Steg geformt ist, der jeweils einen Ventilsitz bildet, ist der Einsatz eines sogenannten Multiportventilantriebs möglich, wodurch das Fluidmodul besonders kompakt sein kann. Insbesondere lassen sich mittels eines einzigen Ventilantriebs zwei Ventilsitze bedienen.
-
Den beiden Stegen kann ein gemeinsamer Verschlusskörper zugeordnet sein, wobei der Verschlusskörper eine Membran ist, die durch einen Ventilantrieb wahlweise abdichtend gegen jeden der Stege gedrückt werden kann. Dies trägt ebenfalls zu einer kompakten Bauweise des Fluidmoduls bei. Zudem kann die Anzahl an Komponenten gering gehalten werden, was sich auch positiv auf die Herstellkosten auswirkt.
-
Die Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Fluidsystem mit mindestens zwei Fluidmodulen, die wie vorhergehend beschrieben ausgebildet sind, wobei die einzelnen Fluidmodule derart miteinander verbunden sind, dass ein Ausgangsfluidkanal der Fluidkanäle des einen Fluidmoduls mit einem Eingangsfluidkanal der Fluidkanäle des mindestens einen weiteren Fluidmoduls strömungsmäßig verbunden ist. Auf diese Weise können beliebig viele Fluidmodule aneinandergereiht sein.
-
Durch ein derartiges Fluidsystem lassen sich mehrere Behälter gleichzeitig mit einem Versorgungsmedium versorgen bzw. es kann gleichzeitig aus mehreren Behältern ein Erzeugnisstrom abgeführt werden. Das Fluidsystem eignet sich somit besonders zur Verwendung in Kombination mit sogenannten Wannenbeckensstapeln, die mehrere voneinander separate Aufnahmeräume haben, in denen Zellkulturen aufgenommen werden können.
-
Durch das Aneinanderreihen mehrerer Fluidmodule können die aus den einzelnen Behältern abgeführten Erzeugnisströme zu einem Gesamterzeugnisstrom zusammengeführt werden, der wiederum in einen Erzeugnisbehälter gesammelt werden kann.
-
Die einzelnen Fluidmodule des Fluidsystems können unabhängig voneinander parallel betrieben werden. Das heißt, dass sich mit dem Fluidsystem auch mehrere Behälter parallel mit unterschiedlichen Versorgungsmedien versorgen lassen, ohne dass sich die Medien miteinander vermischen.
-
Vorzugsweise ist jeweils der Auslasskanal eines Fluidmoduls mit dem Reinigungsmedienzufuhrkanal eines weiteren Fluidmoduls verbunden. Dadurch kann ein Reinigungsmedienstrom durch sämtliche Fluidmodule eines Fluidsystems geleitet werden, um jeweils den zentralen Fluidraum jedes Fluidmoduls zu reinigen. Nach dem Durchströmen des Fluidsystems kann der Reinigungsmedienstrom in einem Reinigungsbehälter aufgefangen werden.
-
Sowohl das Fluidmodul als auch das Fluidsystem mit mehreren Fluidmodulen ist derart ausgebildet, dass es in mindestens einer Ausrichtung im Raum selbstentleerend ist. Beispielsweise ist das Fluidmodul beziehungsweise das Fluidsystem in einer Einbaulage selbstentleerend, indem ein durchgehendes Gefälle vom Fluideingang zum Fluidausgang vorhanden ist. Unter einer Selbstentleerung versteht man, dass beim Abreisen des Fluidstroms kein Medium im Fluidsystem zurückbleibt oder es gar zu einem Rückstau des Mediums kommt.
-
Des Weiteren ist das Fluidmodul beziehungsweise das Fluidsystem frei von Senken, in denen sich ein Fluid festsetzen kann. Anders ausgedrückt ist das Fluidsystem frei von Toträumen.
-
Die Aufgabe wird des weiteren erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Reinigen eines Fluidmoduls oder eines Fluidsystems, die jeweils wie vorhergehend beschrieben ausgebildet sind, umfassend die folgenden Schritte:
- - Verschließen von zwei der vier Fluidkanäle eines Fluidmoduls und Freigeben der übrigen Fluidkanäle,
- - Zufuhr eines Reinigungsmediums durch einen der beiden freigegebenen Fluidkanäle, wobei der zentrale Fluidraum durchströmt wird und
- - Abfuhr des Reinigungsmediums durch den weiteren freigegebenen Fluidkanal.
-
Indem der zentrale Fluidraum, in den alle Fluidkanäle münden, durch das Reinigungsmedium durchströmt und somit gereinigt wird, tritt bei einem nachfolgenden Versorgungsvorgang oder einer Abfuhr eines Erzeugnisses keine Kontamination des jeweiligen Medienstroms auf.
-
Bei der Reinigung wird das Fluidsystem von dem Reinigungsmedium vorzugsweise mit einer definierten Strömungsgeschwindigkeit durchströmt.
-
Während der Reinigung kann mindestens einer der beiden freigegebenen Fluidkanäle wiederholt impulsartig geschlossen und wieder geöffnet werden. Anders ausgedrückt wird mindestens ein Ventil getaktet geschaltet. Dadurch wird ein Rückstoß im Fluid, insbesondere im Reinigungsmedium, bewirkt und die Reinigung verbessert. Der auf diese Weise entstehende Effekt ähnelt dem Effekt von Schallwellen. Auf diese Weise wird eine ausreichend hohe Strömungsenergie im zu reinigenden Raum erreicht. Auch prozesskritische Bereiche wie Stichleitungen können dadurch zuverlässig gereinigt werden.
-
Vorzugsweise wird bei einem Fluidsystem ein im Bereich eines Ablaufs angeordnetes Ventil impulsartig geschlossen, um den Rückstoß zu erzeugen, insbesondere das letzte Ventil in der Reihe.
-
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 schematisch ein erfindungsgemäßes Fluidsystem mit mehreren erfindungsgemäßen Fluidmodulen,
- - 2 ein erfindungsgemäßes Fluidsystem mit mehreren erfindungsgemäßen Fluidmodulen, wobei die Fluidmodule jeweils in unterschiedlichen Stadien der Montage dargestellt sind,
- - 3 das Fluidsystem aus 2 in einer Seitenansicht,
- - 4 das Fluidsystem aus den 2 und 3 in einer Schnittdarstellung,
- - 5 ein erfindungsgemäßes Fluidmodul,
- - 6 einen Ventilknoten mit einem Koppelmodul in einer Explosionsdarstell u ng,
- - 7 eine Schnittdarstellung durch einen Teil des Ventilknotens und das Koppelmodul,
- - 8 einen Grundkörper eines Ventilknotens,
- - 9 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Fluidmoduls,
- - 10 einen Grundkörper eines Ventilknotens,
- - 11 eine perspektivische Schnittdarstellung eines Teils des Fluidmoduls,
- - 12 einen Teil eines erfindungsgemäßen Fluidmoduls gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung, und
- - 13 eine perspektivische Schnittdarstellung des Fluidmoduls aus 12.
-
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fluidsystem 10 mit mehreren erfindungsgemäßen Fluidmodulen 12. Die einzelnen Fluidmodule 12 sind miteinander strömungsmäßig verbunden.
-
Jedes Fluidmodul 12 umfasst einen Ventilknoten 14 mit vier voneinander strömungsmäßig getrennten Fluidkanälen 16, 17, 18, 19, die in einen zentralen Fluidraum 20 münden.
-
Die Fluidkanäle 16, 17, 18, 19 und der zentrale Fluidraum 20 sind in einem Grundkörper 22 ausgebildet, der in 2 zu sehen ist.
-
Das Fluidmodul 12 umfasst des weiteren vier Einzelventile 24, 25, 26, 27, die jeweils dazu dienen, einen Fluidfluss durch einen zugeordneten Fluidkanal 16, 17, 18, 19 zu blockieren bzw. freizugeben.
-
Eines der Einzelventile 24, 25, 26, 27 ist Bestandteil eines Koppelmoduls 28, das an einer Koppelstelle 30 am Ventilknoten 14 befestigt ist. Das entsprechende Einzelventil 27 bildet somit ein Koppelventil. Die Trennung zwischen den Ventilknoten 14 und den Koppelmodulen 28 ist in 1 durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Dabei sind die Koppelmodule 28 etwas beabstandet von den Ventilknoten 14 dargestellt. In montiertem Zustand liegen die Koppelmodule 28 jedoch direkt an den Ventilknoten 14, insbesondere an der Koppelstelle 30 an.
-
Die einzelnen Fluidmodule 12 dienen dazu, einem an ein Fluidmodul 12 angeschlossenen Behälter 32 ein Versorgungsmedium zuzuführen oder ein Erzeugnis aus diesem abzuführen. Bei dem Behälter 32 handelt es sich beispielsweise um einen sogenannten Wannenbeckenstapel mit mehreren voneinander separaten Aufnahmeräumen.
-
Beispielsweise kann jedes Fluidmodul 12 einen anderen Aufnahmeraum des Behälters 32 versorgen. Die in 1 separat dargestellten Behälter 32 veranschaulichen in diesem Fall einzelne Aufnahmeräume eines gemeinsamen Wannenbeckenstapels.
-
Bei den im Ventilknoten 14 ausgebildeten Fluidkanälen 16, 17, 18, 19 handelt es sich um einen Reinigungsmedienzufuhrkanal (Fluidkanal 16), Versorgungsmedienzufuhrkanal (Fluidkanal 17), einen Auslasskanal (Fluidkanal 18) und einen und einen Transferkanal (Fluidkanal 19).
-
Der Transferkanal 19 mündet in die Koppelstelle 30 und ist mit einem im Koppelmodul 28 ausgebildeten Anschlusskanal 34 strömungsverbunden.
-
Der Anschlusskanal 34 hat an seinem vom Ventilknoten 14 abgewandten Ende einen Anschluss 36, der sich zum Anschließen einer flexiblen Fluidleitung eignet, um das Fluidmodul 12 mit dem Behälter 32 zu verbinden.
-
Jedes der Fluidmodule 12 hat entsprechend einen Versorgungsmedieneingang 38, einen Medienausgang 40, einen Reinigungsmedieneingang 42 und den Anschluss 36.
-
Bei dem in 1 schematisch dargestellten Fluidsystem 10 sind die einzelnen Fluidmodule 12 miteinander verbunden, indem ein Ausgangsfluidkanal der Fluidkanäle 16, 17, 18, 19 des einen Fluidmoduls 12, genauer gesagt der Auslasskanal 18, mit einem Eingangsfluidkanal der Fluidkanäle 16, 17, 18, 19 eines anschließenden Fluidmoduls 12, genauer gesagt mit dem Reinigungsmedienzufuhrkanal 16, strömungsmäßig verbunden ist.
-
Insbesondere ist der Medienausgang 40 eines Fluidmoduls 12 jeweils mit dem Reinigungsmedieneingang 42 eines nachfolgenden Fluidmoduls 12 verbunden.
-
Die dem Reinigungsmedienzufuhrkanal 16 und dem Auslasskanal 18 zugeordneten Ventile 24, 26 dienen dabei als Zwischenschottventile, das heißt, mittels der Ventile 24, 26 lassen sich die einzelnen Fluidmodule 12 strömungsmäßig voneinander trennen.
-
Indem die Ventile 24, 25, 26, 27 auf geeignete Art und Weise geöffnet bzw. geschlossen werden, lassen sich unterschiedliche Medienströme durch das Fluidsystem 10 leiten. Zu diesem Zweck werden wahlweise zwei Fluidkanäle eines Fluidmoduls 12 verschlossen und die zwei weiteren Fluidkanäle eines Fluidmoduls 12 geöffnet.
-
Genauer gesagt sind drei unterschiedliche Zustände des Fluidsystems 10 möglich.
-
In einem ersten Zustand (Versorgungszustand) werden die Behälter 32 mit einem Versorgungsmedium versorgt. Zu diesem Zweck sind die dem Versorgungsmedienzufuhrkanal 17 und dem Transferkanal 19 zugeordneten Ventile 25, 27 geöffnet und die übrigen Ventile 24, 26 geschlossen, sodass ein Versorgungsmedienstrom vom Versorgungsmedieneingang 38 zum Anschluss 36 strömen kann.
-
In einem weiteren Zustand (Entnahmezustand) des Fluidsystems 10 kann ein Erzeugnis aus den Behältern 32 abgeführt werden. Zu diesem Zweck sind die dem Reinigungsmedienzufuhrkanal 16 und dem Versorgungsmedienzufuhrkanal 17 zugeordneten Ventile 24, 25 geschlossen, während die übrigen Ventile 26, 27 geöffnet sind. In diesem Zustand kann ein Erzeugnis aus den Behältern 32 zum Medienausgang 40 fließen.
-
Wenn mehrere Fluidmodule 12 in Reihe geschaltet sind, wie in 1 gezeigt, verschließt beim Abführen des Erzeugnisses lediglich beim in Strömungsrichtung betrachtet ersten Fluidmodul 12 das Ventil 24 den Reinigungsmedienzufuhrkanal 16. Bei den nachfolgenden Fluidmodulen 12 ist lediglich das dem Versorgungsmedienzufuhrkanal 17 zugeordnete Ventil 25 geschlossen. So kann das Erzeugnis durch das komplette Fluidsystem 10 strömen.
-
Des Weiteren kann das Fluidsystem 10 in einen Reinigungszustand gebracht werden.
-
Zur Reinigung werde zwei Fluidkanäle 16, 18 beziehungsweise die Ventile 24 und 26 eines Fluidmoduls geöffnet, während die zwei weiteren Fluidkanäle 17, 19 beziehungsweise die Ventile 25 und 27 geschlossen werden. Anschließend kann ein Reinigungsmedium durch einen der beiden freigegebenen Fluidkanäle, insbesondere den Reinigungsmedienzufuhrkanal 16, zugeführt werden und vom Reinigungsmedieneingang 42 zum Medienausgang 40 eines Fluidmoduls 12 strömen, wobei die medienberührten Bereiche des Fluidmoduls 12 gereinigt werden. Insbesondere wird der zentrale Fluidraum durchströmt.
-
Anschließend wird das Reinigungsmedium durch den weiteren freigegebenen Fluidkanal, insbesondere den Auslasskanal 18, abgeführt.
-
Je nach Bedarf können verschiedene Reinigungsmedien wie beispielsweise Reinstdampf, Wasser für Injektionszwecke oder chemische Reinigungsmittel nacheinander oder alternativ zur Anwendung kommen.
-
Indem im Fluidsystem 10 jeweils der Medienausgang 40 mit dem Reinigungsmedieneingang 42 eines nachfolgenden Fluidmoduls 12 verbunden ist, kann bei entsprechender Schaltung der Ventile das Reinigungsmedium sämtliche Fluidmodule 12 des Fluidsystems 10 durchströmen. Dieser Reinigungsmedienstrom ist in 4 durch einen Pfeil veranschaulicht.
-
Um die Reinigungswirkung zu verbessern, kann während der Reinigung mindestens einer der beiden freigegebenen Fluidkanäle 16, 18 wiederholt impulsartig geschlossen und wieder geöffnet werden. Anders ausgedrückt können ein oder mehrere Ventile 24, 26 getaktet geschaltet werden.
-
Neben den Fluidmodulen 12 umfasst das Fluidsystem 10 außerdem ein Ausgangsmodul 44, das an einer Ausgangsseite 46 des Fluidsystems 10 angeordnet ist.
-
Das Ausgangsmodul 44 hat einen Medieneingang 48, einen Medienausgang 49 und einen Reinigungsmedienausgang 50. Des Weiteren umfasst das Ausgangsmodul 44 drei Einzelventile 51, 52, 53 insbesondere ein Eingangsventil 51, ein Ausgangsventil 52 und ein Reinigungsmedienausgangsventil 53.
-
Am Reinigungsmedienausgang 50 ist ein Reinigungsmedienauffangbehälter 54 angeordnet, der mit dem Reinigungsmedienausgang 50 fluidisch verbunden ist. In diesem kann das Reinigungsmedium nach dem Spülen des Fluidsystems 10 aufgefangen werden.
-
Am Medienausgang 49 ist ein Erzeugnisbehälter 55 angeordnet, der mit dem Medienausgang 49 fluidisch verbunden ist und in welchem ein aus den Behältern 32 entnommenes Erzeugnis aufgefangen werden kann.
-
In den Behältern 32 befinden sich beispielsweise Zellkulturen, die während einer Wachstumsphase über einen längeren Zeitraum hinweg, beispielsweise über mehrere Wochen, wiederholt mit einem Versorgungsmedium oder mit unterschiedlichen Versorgungsmedien versorgt werden.
-
Damit ein Fluidsystem 10 nicht durchgehend belegt ist, werden die Behälter 32 üblicherweise nach einer Versorgung mit Versorgungsmedium oder nach der Entnahme eines Erzeugnisses aus den Behältern 32 von dem Fluidsystem 10 abgekoppelt. In der Zwischenzeit können weitere Behälter 32 an das Fluidsystem 10 angekoppelt werden.
-
Am Ende der Wachstumsphase der Zellkulturen erfolgt in der Regel eine Entnahme des Erzeugnisses.
-
Durch die Möglichkeit, das Fluidsystem 10 wie vorhergehend beschrieben zu reinigen, wird die Gefahr, dass ein Behälter 32 mit Resten eines falschen Versorgungsmediums kontaminiert wird, minimiert.
-
Eine Reinigung kann beispielsweise jedes Mal erfolgen, wenn ein Behälter 32 von dem Fluidsystem 10 abgekoppelt wird und/oder wenn ein Behälter 32 an das Fluidsystem 10 angekoppelt wird.
-
Das Koppelmodul 28 kann vor der Montage am Ventilknoten 14 in einem Autoklav gereinigt werden.
-
Die 2 bis 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Fluidsystem 10 mit mehreren, insbesondere mit vier Fluidmodulen 12, wobei 4 einen Schnitt durch das Fluidsystem 10 zeigt. Das in 1 schematisch dargestellte Ausgangsmodul 44 ist der Einfachheit halber nicht dargestellt.
-
In den 2 bis 4 sind die einzelnen Fluidmodule 12 zur besseren Veranschaulichung in unterschiedlichen Montagestadien gezeigt, wobei in 2 links ein vollständig montiertes Fluidmodul 12 dargestellt ist.
-
Jedes der Fluidmodule 12 umfasst einen Ventilknoten 14 mit einen durch eine Außenfläche 56 begrenzten Grundkörper 22. An dem Grundkörper 22 sind mehrere Anschlüsse 57 vorgesehen, die den Fluidkanälen 16, 17, 18 im Grundkörper 22 zugeordnet sind.
-
Auf der Außenfläche 56 sind zwei Ventilanschlüsse 58, 60 vorgesehen, wobei in den 2 und 3 lediglich der Ventilanschluss 58 zu sehen ist und der weitere Ventilanschluss 60 (siehe 8) verdeckt ist.
-
In fertig montiertem Zustand eines Fluidmoduls 12 ist an jedem Ventilanschluss 58, 60 des Grundkörpers 22 ein Ventilantrieb 62, 64 vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ventilantriebe 62, 64 an dem Ventilknoten 14 angeflanscht.
-
Der Ventilantrieb 62, der dem Versorgungsmedienzufuhrkanal 17 zugeordnet ist, ist beispielsweise ein Zwei-Wege-Membranventilantrieb. Für den Ventilantrieb 62 sind in den 2 und 3 zwei unterschiedliche Ausführungsformen dargestellt, die wahlweise im Fluidsystem 10 verwendet werden können.
-
Bei den Ventilantrieben 64, die dem Reinigungsmedienzufuhrkanal 16 beziehungsweise dem Auslasskanal 18 zugeordnet sind, handelt es sich jeweils um einen sogenannten Multiportventilantrieb.
-
Wie in 2 zu sehen ist, ist im Bereich des Ventilanschlusses 58 ein Ventilsitz 66 vorgesehen. Mit dem Ventilsitz 66 kann ein Verschlusskörper zusammenwirken, der durch den Ventilantrieb 62 bewegt werden kann.
-
In den 2 und 3 ist außerdem die Befestigung des Koppelmoduls 28 an der Koppelstelle 30 veranschaulicht. Zudem ist in 2 zu sehen, dass der Transferkanal 19 an der Koppelstelle 30 ausmündet.
-
Jedes Koppelmodul 28 umfasst ein Koppelventilgehäuse 68 mit einem Ventilsitz 69. Des Weiteren umfasst das Koppelmodul 28 einen Verschlusskörper, der in den Figuren nicht zu sehen ist, und einen Ventilantrieb 70 für den Verschlusskörper. Beispielswiese ist der Verschlusskörper des Koppelmoduls 28 eine Membran.
-
Der Verschlusskörper wirkt mit dem Ventilsitz 69 im Koppelventilgehäuse 68 zusammen. Der veranschaulichte Ventilantrieb 70 lässt sich von Hand betätigen. Es ist jedoch auch denkbar, einen hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch antreibbaren Ventilantrieb einzusetzen.
-
Zwischen dem Grundkörper 22 und dem Koppelmodul 28 ist eine Dichtung 72 angeordnet, insbesondere eine FDA-Formdichtung. Diese umgibt eine Austrittsöffnung 21 des Transferkanals 19.
-
3 zeigt das Fluidsystem 10 in einer möglichen Einbaulage. In dieser Einbaulage ist das Fluidsystem 10 schräg angeordnet, derart, dass ein Gefälle zwischen dem Reinigungsmedieneinlass 42 des ersten Fluidmoduls 12 und dem Medienausgang 40 des letzten Fluidmoduls 12 des Fluidsystems 10 vorhanden ist. Aufgrund dieses Gefälles ist das Fluidsystem 10 selbstentleerend. Des Weiteren ermöglicht diese Einbaulage einen Medientransport ohne Hilfsenergie. Es ist jedoch auch denkbar, eine Pumpe zur Unterstützung des Medientransports einzusetzen.
-
Der Einbauwinkel beziehungsweise das Gefälle, dass für eine Selbstentleerung notwendig ist, ist abhängig von der Nennweite des Transferkanals 19 und der Sitzkontur des Ventilsitzes 69 des Koppelmoduls 28. Um den Einbauwinkel zu markieren, kann an dem Fluidmodul 12 eine Markierung vorhanden sein, die in eingebautem Zustand des Fluidmoduls 12 oben liegen muss.
-
Die beschriebene Einbaulage verhindert zudem bei Defekt oder einer Fehlfunktion des Multiportventilantriebs die Vermischung von Medien und ermöglicht, das innere Volumen zum Koppelmodul 28 gering zu halten.
-
In der Schnittdarstellung in 4 sind drei der insgesamt vier im Grundkörper 22 vorhandenen, strömungsmäßig voneinander getrennten Fluidkanäle 16, 17, 18, 19 sowie der zentrale Fluidraum 20 zu sehen. Genauer gesagt sind der Reinigungsmedienzufuhrkanal (Fluidkanal 16), der Auslasskanal (Fluidkanal 18) und der Transferkanal (Fluidkanal 19) zu sehen. Lediglich der Versorgungsmedienzufuhrkanal (Fluidkanal 17) ist in 4 nicht zu sehen. Sämtliche Fluidkanäle 16, 17, 18, 19 münden in den zentralen Fluidraum 20.
-
Wenn das Koppelmodul 28 an der Koppelstelle 30 befestigt ist, ist der Transferkanal 19 mit dem im Koppelmodul 28 gebildeten Anschlusskanal 34 strömungsmäßig verbunden. Somit bilden der Transferkanal 19 und der Anschlusskanal 34 zusammen einen Verbindungskanal vom zentralen Fluidraum 20 zum Anschluss 36.
-
5 zeigt ein einzelnes, vollständig montiertes Fluidmodul 12.
-
6 zeigt ein Fluidmodul 12 mit einem Ventilknoten 14 und einem Koppelmodul 28 in einer Explosionsdarstellung.
-
Wie bereits in 2 zu sehen ist, ist die Koppelstelle 30 durch einen Koppelflansch 74 gebildet, der durch einen Fortsatz 76 des Grundkörpers 22 gebildet ist. Insbesondere ist der Grundkörper 22 L-förmig und die Koppelstelle 30 ist an einer Innenseite eines der Schenkel des L ausgebildet.
-
Die Koppelstelle 30 hat insbesondere eine Koppelfläche 31, an der das Koppelmodul 28 anliegt.
-
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform verläuft die Koppelfläche 31 relativ zu einer Strömungsrichtung des Fluids im Bereich der Koppelstelle 30 abschnittsweise geneigt, beispielsweise um einen Winkel zwischen 5° und 15°.
-
Insbesondere schließt die Koppelfläche 31 im Bereich der Neigung mit einer Innenseite des weiteren Schenkels des L einen stumpfen Winkel ein, beispielsweise einen Winkel zwischen 95° und 110°. Die Neigung sorgt dafür, dass die Dichtung 72 bei der Befestigung des Koppelmoduls 28 nicht beschädigt wird. Es ist somit nicht erforderlich, dass die komplette Koppelfläche 31 geneigt verläuft, sondern es ist ausreichend, wenn der Teil der Koppelfläche 31, in dem die Dichtung angeordnet ist, geneigt ist.
-
Das Koppelventilgehäuse 68 weist eine entsprechend geneigte Fläche auf, derart, dass das Koppelmodul 28 in einer im Wesentlichen horizontalen Ausrichtung positionierbar ist.
-
In der Explosionsdarstellung ist zudem zu erkennen, dass an dem Ventilknoten 14 Positioniermittel 78 und Befestigungsmittel 80 vorgesehen sind.
-
Die Positioniermittel 78 sind durch Erhebungen gebildet, die in entsprechende Vertiefungen im Koppelventilgehäuse 68 kraft- und/oder formschlüssig eingreifen können. Die Positioniermittel 78 können federnd gelagert sein, sodass sie bei Druck in den Grundkörper 22 hineingedrückt werden können und bei Erreichen der Endposition des Koppelmoduls 28 in das Koppelventilgehäuse 68 einrasten können.
-
Die Befestigungsmittel 80 sind insbesondere Gewindebolzen, auf die ein Fixierelement 82 aufgeschraubt werden kann, um das Koppelmodul 28 am Ventilknoten 14 zu befestigen.
-
Die Fixierelemente 82 können eine Schraubmutter enthalten. Zudem haben die Fixierelemente 82 Flügel, die eine werkzeuglose Einhandbedienung ermöglichen.
-
Das Koppelventilgehäuse 68 hat entsprechende Ausnehmungen 84, in welche die Befestigungsmittel 80 eingreifen können. Vorzugsweise sind die Ausnehmungen 84 in eine Richtung offen, um eine Montage zu vereinfachen, sodass das Koppelventilgehäuse 68 einfach auf den Ventilknoten 14 aufgeschoben werden kann.
-
Um beim Aufschieben des Koppelmoduls 28 eine Beschädigung der Dichtung 72 zu vermeiden, ist das Koppelmodul 28 an einer zum Ventilknoten 14 hin gerichteten Kante 85 (siehe 7) abgerundet.
-
Durch Lösen der Befestigungsmittel 80 lässt sich bei Bedarf das Koppelmodul 28 zerstörungsfrei vom Ventilknoten 14 lösen.
-
7 zeigt einen Teilschnitt durch den in 6 dargestellten Ventilknoten 14 mit dem daran befestigten Koppelmodul 28. In 7 ist der Verlauf des durch den Transferkanal 19 und den Anschlusskanal 34 gebildeten Verbindungskanal zu sehen.
-
8 zeigt den Ventilknoten 14 in einer perspektivischen Ansicht, in der die Ventilanschlüsse 58 und 60 zu sehen sind.
-
8 zeigt außerdem, dass der zentrale Fluidraum 20 von mindestens einer Seite des Grundkörpers 22 aus offen zugänglich ist und in Draufsicht auf die genannte Seite beidseits des zentralen Fluidraums 20 jeweils ein Steg 86, 88 im Grundkörper 22 geformt ist, wobei jeder der beiden Stege 86, 88 einen Ventilsitz bildet.
-
Des Weiteren grenzt jeder der beiden Stege 86, 88 den zentralen Fluidraum 20 gegenüber jeweils einem der daran angrenzenden Fluidkanäle 16, 18, insbesondere gegenüber dem Reinigungsmedienzufuhrkanal (Fluidkanal 16) und dem Auslasskanal (Fluidkanal 18) ab.
-
Dadurch, dass die Stege 86, 88, die jeweils einen Ventilsitz bilden, von derselben Seite aus zugänglich sind, ist der Einsatz des bereits erwähnten Multiportventilantriebs 64 möglich. Das bedeutet, dass zwei Einzelventilen, im vorliegenden Fall dem Ventil 24, das dem Reinigungsmedienzufuhrkanal 16 zugeordnet ist, und dem Ventil 26, das dem Auslasskanal 18 zugeordnet ist, ein gemeinsamer Ventilantrieb 64 zugeordnet ist. Die beiden Ventile 24, 26 lassen sich gleichzeitig oder unabhängig voneinander regeln.
-
Den beiden Stegen 86, 88 ist zu diesem Zweck ein gemeinsamer Verschlusskörper 90 (siehe 4) zugeordnet. Der Verschlusskörper 90 ist eine Membran, die durch den Ventilantrieb 64 wahlweise abdichtend gegen jeden der Stege 86, 88 gedrückt werden kann.
-
9 zeigt eine perspektivische Schnittdarstellung des in 8 gezeigten Ventilknotens 14 mit einem daran befestigten Koppelmodul 28. Der Ventilantrieb 70 ist in 9 stark vereinfacht ohne Innenleben dargestellt.
-
In den 8 und 9 ist anhand eines Pfeils ein Versorgungsmedienstrom veranschaulicht. Der Versorgungsmedienstrom strömt insbesondere vom Versorgungsmedieneingang 38 über den Ventilsitz 66 in den zentralen Fluidraum 20 und von dort aus durch den Transferkanal 19 in den Anschlusskanal 34 des Koppelmoduls 28.
-
Die 10 und 11 zeigen ebenfalls eine perspektivische Ansicht eines Ventilknotens 14 bzw. eine Schnittdarstellung durch einen Ventilknoten 14 mit einem daran befestigten Koppelmodul 28.
-
In den 10 und 11 ist anhand eines Pfeils anstatt eines Versorgungsmedienstroms ein Erzeugnisstrom veranschaulicht. Der Erzeugnisstrom strömt ausgehend vom Anschluss 36 durch den Anschlusskanal 34 im Koppelmodul 28 und den Transferkanal in den zentralen Fluidraum 20 und von dort aus zum Medienausgang 40.
-
Ergänzend ist in 10 der Reinigungsmedienstrom anhand eines gestrichelten Pfeils veranschaulicht.
-
Die 12 und 13 zeigen einen Ventilknoten 14 mit einem Koppelmodul 28 gemäß einer weiteren Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung und in einer perspektivischen Schnittdarstellung.
-
Für gleiche Strukturen mit gleichen Funktionen, die von der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform bekannt sind, werden im Folgenden dieselben Bezugszeichen verwendet und es wird insoweit auf die vorangegangenen Erläuterungen verwiesen, wobei nachfolgend auf die Unterschiede zur vorherigen Ausführungsform eingegangen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
-
Die in den 12 und 13 veranschaulichten Ausführungsform unterscheidet sich von der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform durch die räumliche Orientierung der Koppelstelle 30 beziehungsweise der Koppelfläche 31.
-
Der Grundkörper 22 ist dabei nicht L-förmig ausgebildet, sondern im Wesentlichen quaderförmig. Genauer gesagt hat der Grundkörper 22 die Form eines Quaders mit einer aufgesetzten Rampe.
-
Die Koppelstelle 30 beziehungsweise die Koppelfläche 31 ist an einer Seitenfläche 92 des Quaders vorgesehen.
-
Zudem unterscheidet sich das in den 12 und 13 veranschaulichte Fluidmodul 12 von der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform durch die Ausrichtung des Koppelmoduls 28 relativ zum Ventilknoten 14, was hauptsächlich durch die unterschiedliche Ausrichtung der Koppelfläche 31 bedingt ist. Das Koppelmodul 28 ist im Wesentlichen vertikal ausgerichtet.
-
In Einbaulage verläuft der im Koppelmodul 28 gebildete Anschlusskanal 34 nach unten, während bei der vorhergehend beschriebenen Ausführungsform der Anschlusskanal 34 in Einbaulage im Wesentlichen waagrecht verläuft.
-
Die in den 12 und 13 veranschaulichte Ausführungsform hat den Vorteil, dass ein Fluid aufgrund der Ausrichtung des Anschlusskanals 34 besonders schnell durch das Koppelmodul 28 zu einem Behälter 32 fließen kann.
-
Die vorhergehend beschriebene Ausführungsform eignet sich hingegen gleichermaßen gut zum Zu- und Abführen eines Fluids in beziehungsweise aus einem Behälter 32.
