DE202015101765U1

DE202015101765U1 - Integrity test device for filter modules

Info

Publication number: DE202015101765U1
Application number: DE202015101765.0U
Authority: DE
Original assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Current assignee: Sartorius Stedim Biotech GmbH
Priority date: 2015-04-10
Filing date: 2015-04-10
Publication date: 2015-04-23
Anticipated expiration: 2025-04-11

Abstract

Integritätstestvorrichtung (10) für Filtermodule (14), umfassend eine Modulaufnahme (12) mit einem Einlass (121) und einem Auslass (122) zur Aufnahme eines Filtermoduls (14) mit einem Eingang (143) und einem Ausgang (144), welches mittels eines dazwischen angeordneten Membranfilters (146) in zwei durch den Membranfilter (146) voneinander getrennte Räume, nämlich einen mit dem Eingang (143) verbundenen Unfiltratraum (147) und einen mit dem Ausgang (144) verbundenen Filtratraum (148), unterteilt ist, wobei der Auslass (122) mit einer Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung (26a, b) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung als mikrochipbasierter, thermischer Durchflussmesser (26a, b) ausgebildet ist.An integrity testing device (10) for filter modules (14), comprising a module receptacle (12) having an inlet (121) and an outlet (122) for receiving a filter module (14) having an inlet (143) and an outlet (144) a membrane filter (146) arranged therebetween is subdivided into two spaces separated by the membrane filter (146), namely an unfiltrate space (147) connected to the inlet (143) and a filtrate space (148) connected to the outlet (144) the outlet (122) is coupled to a liquid quantity measuring device (26a, b), characterized in that the liquid quantity measuring device is designed as a microchip-based thermal flow meter (26a, b).

Description

Gebiet der Erfindung Field of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Integritätstestvorrichtung für Filtermodule, umfassend eine Modulaufnahme mit einem Einlass und einem Auslass zur Aufnahme eines Filtermoduls mit einem Eingang und einem Ausgang, welches mittels eines dazwischen angeordneten Membranfilters in zwei durch den Membranfilter voneinander getrennte Räume, nämlich einen mit dem Eingang verbundenen Unfiltratraum und einen mit dem Ausgang verbundenen Filtratraum, unterteilt ist, wobei der Auslass mit einer Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung gekoppelt ist. The invention relates to an integrity test device for filter modules, comprising a module receptacle having an inlet and an outlet for receiving a filter module with an input and an output, which by means of an interposed membrane filter in two by the membrane filter separate spaces, namely one with the input divided unfiltrate space and a connected to the output filtrate, is divided, wherein the outlet is coupled to a liquid quantity measuring device.

Stand der Technik State of the art

Derartige Integritätstestvorrichtungen für Filtermodule sind bekannt aus der US 8,689,610 B2 . Such integrity testing devices for filter modules are known from the US 8,689,610 B2 ,

Filtermodule der vorgenannten Art werden zum Teil für höchst kritische Filtrationsaufgaben, beispielswese zur Sterilfiltration von virenhaltigen Flüssigkeiten, eingesetzt. Trotz höchster Qualitätsstandards bei der Herstellung der meist mehrschichtigen Membranfilter selbst, als auch bei der Herstellung der Filtermodule sind Fehler nicht vollkommen ausgeschlossen. Beispielsweise können einzelne Poren aufgrund von Herstellungsfehlern größer sein, als in der Spezifikation erlaubt. Ebenso können beim Anordnen des Membranfilters in einem Gehäuse und beim Verschweißen der Gehäuseteile zur Schaffung des Filtermoduls Undichtigkeiten auftreten oder der Membranfilter kann in seiner Integrität beeinträchtigt werden. Auch Beschädigungen des Membranfilters nach der Herstellung und vor oder beim Anordnen in dem Gehäuse sind denkbar, treten jedoch vergleichsweise selten auf. Bei kritischen Applikationen sind derartige Herstellungsfehler, selbst wenn sie nur mit äußerst geringer Quote auftreten, inakzeptabel. Es ist daher notwendig, wenigstens solche Filtermodule, die zur Verwendung in besagten, kritischen Applikationen bestimmt sind, einzeln auf ihre Integrität hin zu prüfen. Hierzu sind, beispielsweise aus der vorgenannten, gattungsbildenden Druckschrift, spezielle Testverfahren bekannt, die, regelmäßig automatisiert, auf entsprechend eingerichteten Integritätstestvorrichtungen durchgeführt werden. Filter modules of the aforementioned type are used in part for highly critical filtration tasks, beispielswese for sterile filtration of viral fluids. Despite the highest quality standards in the production of the mostly multilayer membrane filter itself, as well as in the production of the filter modules, errors are not completely excluded. For example, individual pores may be larger due to manufacturing defects than allowed in the specification. Likewise, when arranging the membrane filter in a housing and when welding the housing parts to create the filter module leaks may occur or the membrane filter may be compromised in its integrity. Damage to the membrane filter after manufacture and before or when placed in the housing are conceivable, but occur relatively rarely. For critical applications, such manufacturing defects, even if they occur only at extremely low rates, are unacceptable. It is therefore necessary to examine at least those filter modules intended for use in said critical applications individually for their integrity. For this purpose, for example, from the aforementioned, generic document, special test methods are known, which are regularly automated, performed on appropriately established integrity test devices.

So ist es bekannt, das Filtermodul zunächst in die Modulaufnahme einer solchen Integritätstestvorrichtung einzusetzen, wobei sein Eingang mit dem Einlass der Modulaufnahme und sein Ausgang mit dem Auslass der Modulaufnahme gekoppelt werden. Der Einlass ist weiter mit einer steuerbaren Flüssigkeitsquelle und einer steuerbaren Druckgasquelle gekoppelt, wobei die Kopplung typischerweise ein mehr oder weniger komplexes Leitungssystem mit schaltbaren Ventilen umfasst. Mittels dieses Leitungssystems kann das Filtermodul gemäß dem vorgesehenen Testprotokoll mit Flüssigkeit befüllt und/oder mit Druckgas beaufschlagt werden. Der Auslass der Modulaufnahme ist, ebenfalls in der Regel über ein mehr oder weniger komplexes Leitungssystem mit schaltbaren Ventilen, mit einer Präzisionswaage verbunden, mittels derer die Masse der Flüssigkeit, die über das Leitungssystem aus dem Filtermodul beim Integritätstest verdrängt wird und zur Waage gelangt, hochpräzise gemessen werden kann. Thus, it is known to first insert the filter module into the module receptacle of such an integrity test device, wherein its input is coupled to the inlet of the module receptacle and its output to the outlet of the module receptacle. The inlet is further coupled to a controllable fluid source and a controllable compressed gas source, the coupling typically comprising a more or less complex piping system with switchable valves. By means of this line system, the filter module can be filled with liquid according to the intended test protocol and / or pressurized gas. The outlet of the module holder is also connected to a precision balance via a more or less complex line system with switchable valves, by means of which the mass of the liquid which is displaced from the filter module via the line system during the integrity test and reaches the balance is highly precise can be measured.

Bei dem in der oben genannten, gattungsbildenden Druckschrift offenbarten Integritätstestverfahren wird in einem ersten Schritt die gesamte Anlage mit Flüssigkeit, insbesondere Wasser, geflutet, sodass der Membranfilter benetzt, d.h. seine Poren mit der Flüssigkeit gefüllt, und Unfiltratraum und Filtratraum sowie das gesamte Leitungssystem mit der Flüssigkeit befüllt werden. Im Anschluss wird der Unfiltratraum des Filtermoduls über das Leitungssystem mit Druckgas beaufschlagt, wobei die bisher vor dem Membranfilter gelagerte Flüssigkeit durch den Filter hindurch gepresst wird. Die aus dem vorderen Teil des Leitungssystems verdrängte Flüssigkeit läuft über den Auslass ab. Ihre Masse kann mittels der angeschlossenen Waage gemessen werden. Bei mehreren, zeitlich versetzten Wägungen kann auf diese Weise auch der Massenstrom der verdrängen Flüssigkeit gemessen werden. Diese den eigentlichen Integritätstest vorbereitenden Schritte sind beendet, sobald der Unfiltratraum von Wasser geleert ist und am Membranfilter ein Gasdruck ansteht, der so bemessen ist, dass er bei einem vorgegebenen, in jedem Fall unter dem nominellen Blasenpunktdruck („Bubble Point“-Druck) des Membranfilters liegenden Druckniveau gehalten wird. Bei einem solchen Gasdruck im Unfiltratraum des Filtermoduls tritt bei intaktem Filtermodul nur ein diffusiver Gasstrom auf. Dieser verdrängt ein entsprechendes Volumen Flüssigkeit aus dem Filtratraum, was sich gravimetrisch bestimmen lässt. Der diffusive Gasstrom ist im Wesentlichen nach dem Fick´schen Gesetz abhängig vom anstehenden Gasdruck und von der Dicke der benetzten Membran, sodass ein Vergleich des gemessenen Massenstroms mit vorgegebenen Grenzwerten eine Beurteilung der Integrität des Filtermoduls erlaubt. Wird im Falle eines Defektes (Lochs) der „Bubble-Point“-Druck durch den Prüfgasdruck überschritten, so wird das Loch entnetzt (von der Benetzungsflüssigkeit, z.B. Wasser, freigespült ) und das Prüfgas kann konvektiv entsprechend dem angelegten Prüfgasdruck durch das Loch strömen. Dies führt zu einem zusätzlichen Massenstrom auf der Filtratseite oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes. In the integrity test method disclosed in the above-mentioned generic document, in a first step, the entire system is flooded with liquid, in particular water, so that the membrane filter wets, i. his pores filled with the liquid, and unfiltrate and filtrate and the entire piping system are filled with the liquid. Subsequently, the unfiltrate space of the filter module is acted upon by the line system with compressed gas, wherein the previously stored before the membrane filter liquid is pressed through the filter. The displaced from the front part of the piping fluid drains through the outlet. Their mass can be measured by means of the connected balance. In the case of several time-delayed weighings, the mass flow of the displaced liquid can also be measured in this way. These preliminary integrity test steps are completed as soon as the unfiltered space of water is emptied and the membrane filter is at a gas pressure that is set to be at a predetermined, in each case below the nominal bubble point pressure of the Membrane filter lying pressure level is maintained. With such a gas pressure in the unfiltered space of the filter module, only a diffusive gas flow occurs when the filter module is intact. This displaces a corresponding volume of liquid from the filtrate, which can be determined gravimetrically. The diffusive gas flow is essentially dependent on Fick's law on the upcoming gas pressure and the thickness of the wetted membrane, so that a comparison of the measured mass flow with predetermined limits allows an assessment of the integrity of the filter module. If, in the case of a defect (hole), the bubble point pressure is exceeded by the span gas pressure, the hole is dewaxed (purged of wetting liquid, e.g., water) and the test gas is allowed to convectively flow through the hole according to the applied span gas pressure. This leads to an additional mass flow on the filtrate side above the predetermined limit value.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung ist der hohe messtechnische Aufwand, der mit der gravimetrischen Massenflussmessung verbunden ist. Auch sind die Kosten für geeignete Präzisionswaagen erheblich. Zudem lässt sich der Massenfluss gravimetrisch nur tropfenweise messen, wohingegen aus Präzisionsgründen eine kontinuierlichere Messung wünschenswert wäre. A disadvantage of the known method and the known device is the high metrological effort associated with the gravimetric mass flow measurement. Also, the cost of suitable precision balances is considerable. In addition, leaves the mass flow gravimetrically measured only drop by drop, whereas for precision reasons, a more continuous measurement would be desirable.

Aufgabenstellung task

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Integritätstestvorrichtung für Filtermodule, insbesondere für Filtermodule mit kleinen Flächen, zur Verfügung zu stellen, die insbesondere bei geringerem technischen und kostenmäßigen Aufwand eine kontinuierlichere Massenflussmessung zulässt. It is the object of the present invention to provide an improved integrity test device for filter modules, in particular for filter modules with small areas, which permits a more continuous mass flow measurement, especially with less technical and cost expenditure.

Darlegung der Erfindung Presentation of the invention

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung als mikrochipbasierter, thermischer Durchflussmesser ausgebildet ist. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the liquid quantity measuring device is designed as a microchip-based, thermal flow meter.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Schutzansprüche. Preferred embodiments are the subject of the dependent claims.

Die thermische Durchflussmessung als solche ist dem Fachmann seit langem bekannt. Sie basiert darauf, dass die eine Leitung durchströmende Flüssigkeit lokal aufgeheizt wird, wobei in Strömungsrichtung vor und hinter der Heizstelle Temperatursensoren angeordnet sind. Die Temperatursteigerung zwischen der vor der Heizstelle und hinter der Heizstelle angeordneten Messstelle ist direkt abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, von der der Massenfluss über das Leitungsvolumen abhängig ist. In der US 6,813,944 B2 sind thermische Durchflusssensoren auf Halbleiterbasis, insbesondere mikrochipbasiert, bekannt. Die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung verwendete Terminologie „mikrochipbasierter, thermischer Durchflussmesser“ bezieht sich auf Messvorrichtungen dieser Art. Diese sind seit kurzem auch für sehr geringe Flussraten bis hin zu wenigen Mikroliter pro Minute kommerziell erhältlich. Die Verwendung derartiger, hochgenauer, mikrochipbasierter, thermischer Durchflusssensoren für geringe Flussraten als Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung bei gattungsgemäßen Integritätstestvorrichtungen, d.h. im Wesentlichen als Ersatz der gravimetrischen Messeinrichtungen, ist der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung. The thermal flow measurement as such has long been known to the skilled person. It is based on the fact that the liquid flowing through a line is locally heated, wherein temperature sensors are arranged in front of and behind the heating point in the flow direction. The increase in temperature between the measuring point located in front of the heating point and behind the heating point depends directly on the flow rate of the liquid, from which the mass flow over the line volume is dependent. In the US Pat. No. 6,813,944 B2 are semiconductor thermal flow sensors, in particular microchip-based, known. The terminology "microchip-based thermal flow meter" as used herein refers to measuring devices of this type. These have recently become commercially available for very low flow rates as low as a few microliters per minute. The use of such high accuracy, microchip-based, low flow rate thermal flow sensors as the liquid level measuring device in generic integrity testing devices, ie, essentially as a replacement for the gravimetric measuring devices, is the core idea of the present invention.

Es hat sich erwiesen, dass derartige thermische Durchflussmesser hinsichtlich ihrer Genauigkeit den gravimetrischen Messungen mit Präzisionswaagen nicht nachstehen, dabei aber eine deutlich kontinuierlichere Messwertreihe bei deutlich reduzierten Kosten, technischem Aufwand und Platzbedarf erzeugen. It has been found that such thermal flow meters are not inferior in their accuracy to the gravimetric measurements with precision balances, but produce a much more continuous series of measurements at significantly reduced costs, technical complexity and space requirements.

Der übrige Aufbau der Integritätstestvorrichtung hängt, wie der Fachmann erkennen wird, wesentlich vom Protokoll der durchzuführenden Integritätstests ab. Zur Durchführung bekannter und bewährter Testverfahren hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Einlass der Modulaufnahme mit einer steuerbaren Flüssigkeitsquelle und einer steuerbaren Druckgasquelle gekoppelt ist. As will be appreciated by those skilled in the art, the remainder of the integrity test device architecture will depend substantially on the protocol of integrity testing to be performed. For carrying out known and proven test methods, it has proved to be advantageous if the inlet of the module receptacle is coupled to a controllable fluid source and a controllable compressed gas source.

Zur Durchführung speziell des eingangs bereits skizzierten Integritätstestverfahrens ist es weiter günstig, wenn die steuerbare Flüssigkeitsquelle, die steuerbare Druckgasquelle und der thermische Durchflussmesser mit einer Steuereinheit gekoppelt sind, die eingerichtet ist,

– das in die Modulaufnahme eingesetzte Filtermodul mittels Flüssigkeitszustroms von der Flüssigkeitsquelle zu fluten, sodass der Membranfilter benetzt wird und der Unfiltratraum, der Filtratraum und der thermische Durchflussmesser mit Flüssigkeit gefüllt werden,
– anschließend das Filtermodul mittels Druckgaszustroms aus der Druckgasquelle zu beaufschlagen, bis bei weiterhin mit Flüssigkeit gefülltem Filtratraum und flüssigkeitsfreiem Unfiltratraum im Unfiltratraum ein Gasdruck unterhalb des nominellen Blasenpunktdrucks („Bubble-Point“-Drucks) des Membranfilters ansteht und
– einen Flüssigkeitsdurchfluss durch den thermischen Durchflussmesser zu messen, während der im Unfiltratraum anstehende Gasdruck beibehalten wird.

In order to carry out the integrity test method, which has already been outlined above, it is furthermore advantageous if the controllable liquid source, the controllable compressed gas source and the thermal flow meter are coupled to a control unit which is set up,

To flood the filter module inserted in the module holder by means of liquid flow from the liquid source, so that the membrane filter is wetted and the non-filtrate space, the filtrate space and the thermal flow meter are filled with liquid,
- Then apply the filter module by means of compressed gas flow from the compressed gas source until a further filled with liquid filtrate and liquid-free Unfiltratraum in Unfiltratraum a gas pressure below the nominal bubble point pressure ("bubble point" pressure) of the membrane filter and
To measure a liquid flow rate through the thermal flow meter while maintaining the gas pressure in the unfiltrate space.

Zur sachgemäßen Auswertung der mit einem entsprechenden Verfahren erhaltenen Daten ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass der thermische Durchflussmesser mit einer Auswerteeinheit gekoppelt ist, die eingerichtet ist, gemessene Flüssigkeitsdurchflusswerte mit hinterlegten Durchflussgrenzwerten zu vergleichen. Die Durchflussgrenzwerte hängen selbstverständlich von der Art des Filtermoduls, der verwendeten Flüssigkeit und dem im Unfiltratraum anstehenden Gasdruck ab. Der Fachmann, dem die diesbezüglichen Abhängigkeiten bekannt sind, wird ohne Schwierigkeiten geeignete Durchflussgrenzwerte definieren können. For the appropriate evaluation of the data obtained with a corresponding method, it is further preferred for the thermal flow meter to be coupled to an evaluation unit which is set up to compare measured liquid flow values with stored flow limit values. The flow limits depend, of course, on the type of filter module, the fluid used and the gas pressure in the unfiltered space. Those skilled in the art, knowing the dependencies, will be able to easily define appropriate flow limits.

Wie mit dem Ergebnis eines derartigen Vergleichs umzugehen ist, kann Gegenstand unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung sein. So kann bei einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit mit einer Anzeigeeinheit gekoppelt und eingerichtet ist, die Über- und/oder Unterschreitungen der hinterlegten Durchflussgrenzwerte durch die gemessenen Flüssigkeitsdurchflusswerte auf der Anzeigeeinheit anzuzeigen. Die spezielle Ausgestaltung der Anzeigeeinheit, beispielsweise als Display oder als Drucker, ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich. In jedem Fall eröffnet diese Ausgestaltung die Möglichkeit, dass ein Benutzer der erfindungsgemäßen Vorrichtung vom Ergebnis des Vergleichs unmittelbar in Kenntnis gesetzt wird. How to handle the result of such a comparison may be the subject of various embodiments of the invention. Thus, in an advantageous embodiment, it can be provided that the evaluation unit is coupled to a display unit and configured to display the overflow and / or underflow of the stored flow limit values on the display unit by the measured liquid flow values. The special design of the display unit, for example as a display or as a printer, is not essential to the present invention. In any case, this embodiment opens the Possibility that a user of the device according to the invention is informed immediately of the result of the comparison.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinheit mit einer Datenbank gekoppelt und eingerichtet ist, die Über- und/oder Unterschreitungen der hinterlegten Durchflussgrenzwerte durch die gemessenen Flüssigkeitsdurchflusswerte in der Datenbank in einen dem in der Modulaufnahme eingesetzten Filtermodul zugeordneten Datensatz einzutragen. Dabei kann es sich z. B. um eine zentrale Filtermodul-Datenbank handeln, in der für jedes produzierte Filtermodul ein Datensatz angelegt ist, der nach Durchführung des Integritätstests um dessen Ergebnis erweitert wird. Sofern Qualitätskontrolleinrichtungen oder die Filtrationsvorrichtungen, in denen das getestete Filtermodul Einsatz finden soll, einerseits in der Lage sind, dass individuelle Filtermodul zu identifizieren und andererseits auf besagte Datenbank zurückzugreifen, kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass keine Filtermodule ohne bestandenen Integritätstest zum Einsatz kommen. Alternatively or additionally, it can be provided that the evaluation unit is coupled to a database and configured to enter the overflow and / or underflow of the stored flow limit values by the measured liquid flow values in the database into a data set assigned to the filter module used in the module recording. It may be z. Example, to act as a central filter module database in which for each filter module produced a record is created, which is extended after the integrity test to its result. In this way, if quality control devices or the filtration devices in which the tested filter module is to be used are able to identify the individual filter module and use said database, it is possible to ensure that no filter modules are used without an integrity test passed.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das Filtermodul mit einem beschreibbaren Speicherelement versehen ist und die Modulaufnahme mit einer korrespondierenden Schreibeinheit versehen ist, wobei die Auswerteeinheit mit der Schreibeinheit gekoppelt und eingerichtet ist, Über- und/oder Unterschreitungen der hinterlegten Durchflussgrenzwerte durch die gemessenen Flüssigkeitsdurchflusswerte in das Speichermodul einzutragen. Bei dieser Variante wird also das Ergebnis des Integritätstests unmittelbar am Filtermodul selbst abgelegt, wobei das Speichermodul bevorzugt unverlierbar, z.B. in Form eines RFID-Transponders, befestigt ist. Alternatively or additionally, it may be provided that the filter module is provided with a writable memory element and the module receptacle is provided with a corresponding writing unit, wherein the evaluation unit is coupled to the writing unit and configured, exceeding and / or falling below the stored flow limit values by the measured liquid flow values enter in the memory module. In this variant, therefore, the result of the integrity test is stored directly on the filter module itself, wherein the memory module is preferably captive, e.g. in the form of an RFID transponder, is attached.

Wie oben bereits im Kontext des bevorzugten Integritätstestverfahrens erläutert, wird die erfindungsgemäße Flüssigkeitsmengen-Messeinrichtung während der testvorbereitenden Schritte und der eigentlichen Integritätstestschritte mit stark unterschiedlichen Flüssigkeitsmengen konfrontiert. Insbesondere signalisiert ein plötzlicher, starker Abfall der Flussrate den Abschluss der vorbereitenden Schritte, insbesondere denjenigen Moment, in dem der Unfiltratraum von Flüssigkeit geleert ist und der Gasdruck an dem Membranfilter ansteht. Zur Erkennung dieses Momentes ist es günstig, sowohl die (höhere) Flussrate vorher, als auch die (niedrigere) Flussrate danach zu detektieren. Allerdings sind die erfindungsgemäß verwendeten, mikrochipbasierten, thermischen Durchflussmesser in der Regel nicht in der Lage, sowohl die höhere als auch die niedrigere Flussrate zu messen – zumindest nicht mit derselben Genauigkeit. Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass der Auslass der Modulaufnahme mit einer Mehrzahl (vorzugsweise zwei) paralleler thermischer Durchflussmesser gekoppelt ist, die mittels einer Schaltventilanordnung alternativ zueinander flüssigkeitsleitend mit dem Auslass der Modulaufnahme verbindbar sind. So kann während der vorbereitenden Schritte ein erster Durchflussmesser, der für höhere Durchflussraten optimiert ist, und während des eigentlichen Integritätstests ein zweiter Durchflussmesser, der für niedrigere Durchflussraten optimiert ist, mit dem Auslass der Modulaufnahme verbunden werden. Die Umschaltung durch die Schaltventilanordnung kann automatisiert, beispielsweise bei Unterschreitung eines vorgegebenen Durchflussgrenzwertes, erfolgen. As already explained above in the context of the preferred integrity test method, the liquid quantity measuring device according to the invention is confronted with very different amounts of liquid during the test preparation steps and the actual integrity test steps. In particular, a sudden, large drop in the flow rate signals the completion of the preparatory steps, in particular the moment in which the Unfiltratraum is emptied of liquid and the gas pressure is applied to the membrane filter. To detect this moment, it is beneficial to detect both the (higher) flow rate before and the (lower) flow rate thereafter. However, the microchip-based thermal flowmeters used in the present invention are generally incapable of measuring both the higher and lower flow rates - at least not with the same accuracy. In a further development of the invention, it is therefore provided that the outlet of the module receptacle is coupled to a plurality (preferably two) of parallel thermal flowmeters which can be connected to the outlet of the module receptacle by means of a switching valve arrangement as an alternative to liquid. Thus, during the preparatory steps, a first flow meter optimized for higher flow rates and during the actual integrity test a second flow meter optimized for lower flow rates can be connected to the outlet of the module receptacle. The switching by the switching valve arrangement can be automated, for example, when falling below a predetermined flow limit, done.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden speziellen Beschreibung und den Zeichnungen. Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Kurzbeschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing

Es zeigt: It shows:

1: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Integritätstestvorrichtung. 1 : A schematic representation of a preferred embodiment of an integrity test device according to the invention.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Detailed description of preferred embodiments

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Integritätstestvorrichtung 10. Diese umfasst als ein zentrales Element eine Modulaufnahme 12, in die ein auf seine Integrität hin zu testendes Filtermodul 14 eingesetzt ist. Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Filtermodul 14 als eine aus einem Unterteil 141 und einem Oberteil 142 zusammengesetzte Capsule ausgebildet. Das Unterteil 141 weist einen Eingang 143 für Flüssigkeiten und Gase auf. Das Oberteil 142 weist einen Ausgang 144 für Flüssigkeiten und Gase auf. Das Unterteil 141 und das Oberteil 142 sind flüssigkeits- und gasdicht miteinander verbunden. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind beide Teile 141, 142 mittels einer umlaufenden Schweißnaht 145 miteinander verschweißt. Zwischen den beiden Teilen 141, 142 ist ein Membranfilter 146 fixiert, der den von den beiden Teilen 141, 142 umschlossenen Raum in zwei Teilräume unterteilt, nämlich einen mit dem Eingang 143 verbundenen Unfiltratraum 147 und einen mit dem Ausgang 144 verbundenen Filtratraum 148. Das Filtermodul 14 ist in die Modulaufnahme 12 eingesetzt, indem sein Eingang 143 flüssigkeits- und gasdicht mit einem Einlass 121 und sein Ausgang 144 mit einem Auslass 122 flüssigkeits- und gasdicht verbunden ist. 1 shows in a highly schematic representation of a preferred embodiment of an integrity test device according to the invention 10 , This comprises as a central element a module holder 12 into the filter module to test for its integrity 14 is used. In the embodiment shown, the filter module 14 as one from a base 141 and a top 142 formed composite capsule. The lower part 141 has an entrance 143 for liquids and gases. The top 142 has an exit 144 for liquids and gases. The lower part 141 and the top 142 are connected fluid and gas tight. In the present embodiment, both parts 141 . 142 by means of a circumferential weld 145 welded together. Between the two parts 141 . 142 is a membrane filter 146 fixed, that of the two parts 141 . 142 enclosed space divided into two subspaces, namely one with the entrance 143 associated unfiltered space 147 and one with the output 144 connected filtrate room 148 , The filter module 14 is in the module holder 12 used by his entrance 143 liquid and gas tight with an inlet 121 and his exit 144 with an outlet 122 liquid and gas tight connected.

Der Einlass 121 der Modulaufnahme 12 ist mit einem zustromseitigen Leitungssystem 16 verbunden. Der Auslass 122 der Modulaufnahme 12 ist mit einem abstromseitigen Leitungssystem 18 verbunden. The inlet 121 the module recording 12 is with an inflow-side piping system 16 connected. The outlet 122 the module recording 12 is with a downstream piping system 18 connected.

Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Zustrom-Leitungssystem 16 verschiedene Leitungsabschnitte auf, die über ein zustromseitiges Schaltventil 161 miteinander gekoppelt sind. Durch geeignete Schaltung des zustromseitigen Schaltventils 161 kann der Einlass 121 der Modulaufnahme 12 mit einer steuerbaren Flüssigkeitsquelle 20 und/oder mit einer steuerbaren Druckgasquelle 22 verbunden bzw. die Flüssigkeits- bzw. Druckgasabgabe entsprechender passiver Quellen gesteuert werden. In the embodiment shown, the inflow line system 16 various line sections, via an upstream-side switching valve 161 coupled together. By suitable switching of the upstream side switching valve 161 can the inlet 121 the module recording 12 with a controllable fluid source 20 and / or with a controllable compressed gas source 22 connected or the liquid or compressed gas discharge corresponding passive sources are controlled.

Das abstromseitige Leitungssystem 18 weist bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls verschiedene Leitungsabschnitte auf, die mittels eines abstromseitigen Schaltventils 181 miteinander gekoppelt sind. Insbesondere kann der Auslass 122 der Modulaufnahme 12 durch geeignete Schaltung des abstromseitigen Schaltventils 181 wahlweise mit einer von zwei Messleitungen 24a, 24b verbunden werden. Jede der Messleitungen 24a, 24b ist mit einem mikrochipbasierten, thermischen Durchflussmesser 26a, 26b verbunden. Jeder der thermischen Durchflussmesser 26a, 26b weist zwei Temperatursensoren 261 auf, zwischen denen ein Heizelement 262 angeordnet ist. Bei Durchströmung einer Messleitung 24a, 24b mit einem bekannten Strömungsmedium kann aus der sich bei bekannter Aktivität des Heizelementes 262 ergebenden Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursensoren 261 auf die Rate des Massenflusses durch die jeweilige Messleitung 24a, 24b geschlossen werden. The downstream piping system 18 In the embodiment shown also has different line sections, which by means of a downstream switching valve 181 coupled together. In particular, the outlet 122 the module recording 12 by suitable switching of the downstream switching valve 181 optionally with one of two test leads 24a . 24b get connected. Each of the test leads 24a . 24b is using a microchip-based, thermal flow meter 26a . 26b connected. Each of the thermal flow meter 26a . 26b has two temperature sensors 261 on, between which a heating element 262 is arranged. With flow through a measuring line 24a . 24b with a known flow medium can be made of the at known activity of the heating element 262 resulting temperature difference between the temperature sensors 261 on the rate of mass flow through the respective measuring line 24a . 24b getting closed.

Die Messleitungen 24a, 24b enden bei der gezeigten Ausführungsform in einem Abfallbehälter 28. The test leads 24a . 24b end in the embodiment shown in a waste container 28 ,

Die Steuerung der einzelnen Elemente und deren Zusammenspiel erfolgt mittels einer Steuereinheit 30, die über strichpunktiert dargestellte Steuer- und/oder Kommunikationsleitungen mit den einzelnen Elementen verbunden ist. So steuert die Steuereinheit 30 insbesondere die Schaltventile 161, 181 sowie die steuerbare Flüssigkeitsquelle 20 und die steuerbare Druckgasquelle 22. Zudem empfängt sie die von den thermischen Durchflussmessern 26a, 26b erzeugten Messdaten. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Steuereinheit 30 zudem mit einer Schreib/Lese-Einheit 32 verbunden, die mit einem an dem Filtermodul 14 angebrachten Transponder 149 wechselwirken kann. Insbesondere ist sie in der Lage, in dem Transponder 149 gespeicherte Identifikationsdaten zu lesen und ggf. Integritätsdaten als Ergebnis des mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführten Integritätstests in den Transponder 149 einzuschreiben. The control of the individual elements and their interaction takes place by means of a control unit 30 , which is connected via dash-dotted lines control and / or communication lines with the individual elements. So controls the control unit 30 in particular the switching valves 161 . 181 and the controllable fluid source 20 and the controllable compressed gas source 22 , It also receives from the thermal flow meters 26a . 26b generated measurement data. In the embodiment shown, the control unit is 30 also with a read / write unit 32 connected to one on the filter module 14 attached transponder 149 can interact. In particular, she is capable in the transponder 149 read stored identification data and possibly integrity data as a result of the integrity test carried out by means of the device according to the invention in the transponder 149 enroll.

Weiter ist bei der gezeigten Ausführungsform die Steuereinheit 30 mit einer Datenbank 34 (z.B. über Internet) verbunden, aus der bzw. in die filtermodulbezogene Informationen auslesbar bzw. einschreibbar sind. Beispielsweise können über die Schreib/Lese-Einheit 32 ermittelte Identifikationsdaten des Filtermoduls 14 mit Datenbankeinträgen abgeglichen bzw. diese als Ergebnis durchgeführter Integritätstests aktualisiert werden. Further, in the illustrated embodiment, the control unit 30 with a database 34 (eg via the Internet) connected, from which or in the filter module related information can be read or written. For example, via the read / write unit 32 determined identification data of the filter module 14 matched with database entries or updated as a result of integrity checks.

Im Rahmen eines bevorzugten Integritätstests arbeitet die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 wie folgt:
In einem ersten Schritt wird der Einlass 121 der Modulaufnahme 12 über das zustromseitige Schaltventil 161 mit der Flüssigkeitsquelle 20 verbunden. Diese wird dann angesteuert, das Filtermodul 14 und das abstromseitige Leitungssystem 18 zu fluten, was eine entsprechende Ansteuerung des abstromseitigen Schaltventils 181 erfordert. Als Ergebnis dieses ersten Schrittes ist der Membranfilter 146 benetzt, Unfiltratraum 147 und Filtratraum 148 sind mit Flüssigkeit gefüllt und auch das abstromseitige Leitungssystem 18 ist mit Flüssigkeit gefüllt. Within the scope of a preferred integrity test, the device according to the invention operates 10 as follows:
In a first step, the inlet 121 the module recording 12 via the inflow-side switching valve 161 with the liquid source 20 connected. This is then controlled, the filter module 14 and the downstream piping 18 to flood what a corresponding control of the downstream switching valve 181 requires. As a result of this first step is the membrane filter 146 wetted, unfiltered space 147 and filtrate space 148 are filled with liquid and also the downstream piping system 18 is filled with liquid.

In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Druckgasquelle 22 mittels des zustromseitigen Schaltventils 161 mit dem Einlass 121 der Modulaufnahme 12 verbunden. Durch die Druckbeaufschlagung wird die zustromseitig des Membranfilters 146 befindliche Flüssigkeit durch den Membranfilter 146 hindurch gepresst. Das abstromseitige Schaltventil 181 ist derweil so geschaltet, dass der gesamte Abstrom über die erste Messleitung 24a erfolgt. Die Durchflussrate durch die erste Messleitung 24a wird dabei von dem ersten thermischen Durchflussmesser 26a gemessen. Der von der Druckgasquelle 22 gelieferte Gasdruck liegt dabei unterhalb des durch die nominellen Eigenschaften des Membranfilters 146 vorgegebenen nominellen Blasenpunktdrucks. Die Durchflussrate durch die erste Messleitung 24a ist dabei vergleichsweise hoch. Der erste thermische Durchflussmesser 26a ist für solch hohe Durchflussraten optimiert. Sobald der Unfiltratraum 147 auf diese Weise geleert ist, fällt die Durchflussrate durch die erste Messleitung 24a drastisch ab. Dieser Abfall wird von der Steuereinheit 30 erkannt. Das abstromseitige Schaltventil 181 wird daraufhin umgeschaltet, sodass der Auslass 122 der Modulaufnahme 12 mit der zweiten Messleitung 24b verbunden wird. In a second process step, the compressed gas source 22 by means of the upstream side switching valve 161 with the inlet 121 the module recording 12 connected. The pressurization causes the upstream side of the membrane filter 146 located liquid through the membrane filter 146 pressed through. The downstream switching valve 181 meanwhile is switched so that the entire outflow over the first measuring line 24a he follows. The flow rate through the first measuring line 24a it is from the first thermal flow meter 26a measured. The from the compressed gas source 22 supplied gas pressure is below that by the nominal properties of the membrane filter 146 predetermined nominal bubble point pressure. The flow rate through the first measuring line 24a is comparatively high. The first thermal flow meter 26a is optimized for such high flow rates. Once the unfiltrate 147 is emptied in this way, the flow rate falls through the first measuring line 24a drastically. This waste is from the control unit 30 recognized. The downstream switching valve 181 is then switched so that the outlet 122 the module recording 12 with the second measuring line 24b is connected.

Es folgt nun ein dritter Verfahrensschritt, der als der eigentliche Integritätstestschritt bezeichnet werden kann. Da der im Unfiltratraum 147 anstehende Gasdruck unterhalb des nominellen Blasenpunktdrucks des Membranfilters 146 liegt, kann das Gas den Filter 146 nur mittels Diffusion durch die flüssigkeitsgefüllten Poren des Membranfilters 146 durchqueren. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist in bekannter Weise abhängig vom anstehenden Gasdruck und der Dicke des benetzten Membranfilters 146. Auf der Filtratseite des Membranfilters 146 gasen die durch den Membranfilter 146 diffundierten Moleküle wieder aus (der Filtratraum 148 ist im Wesentlichen drucklos). Hierdurch erfolgt eine Verdrängung von Flüssigkeit aus dem Filtratraum 148, die zu einem vergleichsweise niedrigen Flüssigkeits-Massenfluss durch die zweite Messleitung 24b führt. Die entsprechende Flussrate wird mittels des zweiten thermischen Durchflussmessers 26b gemessen und an die Steuereinheit 30 kommuniziert. Now follows a third process step, which can be called the actual integrity test step. Since the unfiltratraum 147 Pending gas pressure below the nominal bubble point pressure of the membrane filter 146 is, the gas can filter 146 only by diffusion through the liquid-filled pores of the membrane filter 146 traverse. The diffusion rate is in known manner depending on the upcoming gas pressure and the thickness of the wetted membrane filter 146 , On the filtrate side of the membrane filter 146 gas through the membrane filter 146 diffused molecules again (the filtrate 148 is essentially depressurized). This results in a displacement of liquid from the filtrate 148 leading to a comparatively low liquid mass flow through the second measuring line 24b leads. The corresponding flow rate is by means of the second thermal flow meter 26b measured and sent to the control unit 30 communicated.

Die Steuereinheit ist intern mit einer nicht gesondert gezeigten Auswerteeinheit verbunden, in der die gemessenen Flüssigkeitsdurchflusswerte mit hinterlegten Durchflussgrenzwerten verglichen werden. Insbesondere deuten Überschreitungen hinterlegter maximaler Durchflusswerte auf mangelnde Integrität des getesteten Filtermoduls 14 hin. Die Ergebnisse eines solchen Tests können bei der gezeigten Ausführungsform in der Datenbank 34 hinterlegt und/oder über die Schreib/Lese-Einheit 32 in den Transponder 149 des Filtermoduls 14 eingeschrieben werden. The control unit is internally connected to an evaluation unit, not shown separately, in which the measured liquid flow values are compared with stored flow limit values. In particular, exceedances of stored maximum flow values indicate lack of integrity of the tested filter module 14 out. The results of such a test can be found in the database in the embodiment shown 34 deposited and / or via the read / write unit 32 in the transponder 149 of the filter module 14 be enrolled.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum von Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann das spezielle Testprotokoll des Integritätstests vom Fachmann an die Erfordernisse des Einzelfalls angepasst werden. Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. A broad range of possible variations will be apparent to those skilled in the art in light of the disclosure herein. In particular, the special test protocol of the integrity test can be adapted by the person skilled in the art to the requirements of the individual case.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10: Integritätstestvorrichtung Integrity test device
12 12: Modulaufnahme module mounting
121 121: Einlass von 12 Admission of 12
122 122: Auslass von 12 Outlet of 12
14 14: Filtermodul filter module
141 141: Unterteil von 14 Lower part of 14
142 142: Oberteil von 14 Top of 14
143 143: Eingang von 14 Entrance from 14
144 144: Ausgang von 14 Output from 14
145 145: Schweißnaht Weld
146 146: Membranfilter membrane filter
147 147: Unfiltratraum nonfiltrate
148 148: Filtratraum filtrate
149 149: Transponder transponder
16 16: zustromseitiges Leitungssystem inflow-side pipe system
161 161: zustromseitiges Schaltventil upstream-side switching valve
18 18: abstromseitiges Leitungssystem downstream piping system
181 181: abstromseitiges Schaltventil downstream switching valve
20 20: steuerbare Flüssigkeitsquelle controllable fluid source
22 22: steuerbare Druckgasquelle controllable compressed gas source
24a 24a: erste Messleitung first measuring line
24b 24b: zweite Messleitung second measuring line
26a 26a: erster thermischer Durchflussmesser first thermal flow meter
26b 26b: zweiter thermischer Durchflussmesser second thermal flow meter
261 261: Temperatursensor temperature sensor
262 262: Heizelement heating element
28 28: Abfallbehälter waste container
30 30: Steuereinheit control unit
32 32: Schreib/Lese-Einheit Read / write unit
34 34: Datenbank Database

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 8689610 B2 [0002]
US 6813944 B2 [0010]

Claims

Integrity test device ( 10 ) for filter modules ( 14 ), comprising a module receptacle ( 12 ) with an inlet ( 121 ) and an outlet ( 122 ) for receiving a filter module ( 14 ) with an input ( 143 ) and an output ( 144 ), which by means of an interposed membrane filter ( 146 ) in two through the membrane filter ( 146 ) separate rooms, namely one with the entrance ( 143 ) associated unfiltrate space ( 147 ) and one with the output ( 144 ) associated filtrate space ( 148 ), the outlet ( 122 ) with a liquid quantity measuring device ( 26a , b), characterized in that the liquid quantity measuring device is designed as a microchip-based, thermal flow meter ( 26a , b) is formed.

Device according to claim 1, characterized in that the inlet ( 121 ) with a controllable fluid source ( 20 ) and a controllable compressed gas source ( 22 ) is coupled.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the controllable fluid source ( 20 ), the controllable compressed gas source ( 22 ) and the thermal flow meter ( 26a , b) with a control unit ( 30 ), which is set up, - that in the module receptacle ( 12 ) used filter module ( 14 ) by means of liquid flow from the liquid source ( 20 ) so that the membrane filter ( 146 ) and the unfiltrate space ( 147 ), the filtrate space ( 148 ) and the thermal flow meter ( 26a , b) be filled with liquid, - then the filter module ( 14 ) by means of compressed gas flow from the compressed gas source ( 22 ) until, while the filtrate space is still filled with liquid ( 148 ) and liquid-free unfiltered space ( 147 ) in the unfiltrate space ( 147 ) a gas pressure below the nominal bubble point pressure of the membrane filter ( 146 ) and - a liquid flow through the thermal flow meter ( 26a , b) while in the unfiltrate space ( 147 ) Pending gas pressure is maintained.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the thermal flow meter ( 26a , b) is coupled to an evaluation unit which is set up to compare measured liquid flow values with stored flow limit values.

Apparatus according to claim 4, characterized in that the evaluation unit is coupled to a display unit and is arranged to indicate over- and / or underflows of the stored flow limit values by the measured liquid flow values on the display unit.

Device according to one of claims 4 to 5, characterized in that the evaluation unit with a database ( 34 ) and overruns of the stored flow limit values by the measured liquid flow values in the database ( 34 ) in a in the module recording ( 12 ) used filter module ( 14 ).

Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the filter module ( 14 ) with a writable memory element ( 149 ) and the module holder ( 12 ) with a corresponding writing unit ( 32 ), wherein the evaluation unit with the writing unit ( 32 ) and is set, over and / or underflows of the stored flow limit values by the measured liquid flow values into the memory element ( 149 ).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet ( 122 ) with a plurality of parallel thermal flowmeters ( 26a , b) coupled by means of a switching valve arrangement alternatively to each other liquid-conducting with the outlet ( 122 ) are connectable.