DE2317750C3 - Vorrichtung zum Trennen von Gasen und Flüssigkeiten und zum Filtern von Flüssigkeiten und Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Hauptanspruches.

Vielfach ist es notwendig, in Flüssigkeiten enthaltene Gase von der Flüssigkeit vollständig zu trennen, ebenso wie man häufig Flüssigkeiten aus diese mitführenden Gasen abscheiden muß. In bestimmten Fällen, beispielsweise bei Verabreichung medizinischer Injektionen oder Infusionen muß mit absoluter Sicherheit vermieden werden, daß dem l'alienten zusammen mit einer Flüssigkeit Gas zugeführt wird. Zusätzlich muß in diesen Fällen die Flüssigkeit auch gefiltert werden, um zu verhindern, daß Stoffe ab einer bestimmten Parlikelgrös lie mit der Flüssigkeit /um Patienten gelangen. Die zu diesem Zweck verwendeten feinen Filter lassen, wenn sie mil der Flüssigkeit benetzt sind, kein (Jas durchtreten, jedoch besieht die Gefahr, dall sich mit der Zeit auf der Oberfläche ties Filters Gasbläschen ίο festsetzen, die schließlich einen weiteren Durchtritt von Flüssigkeit verhindern und somit das Filter blockieren. Wenn die Infusion unter dem Druck einer Förderpumpe vorgenommen wird, kann diese Erscheinung dazu führen, daß das Filter plötzlich doch Gas durchläßt, insbesondere auch dann, wenn am Fnde des Infusionsvorganges die Infusionsflüssigkeit aufgebraucht ist und dadurch zwangsläufig Luft in die Zufuhrleitung für die Flüssigkeit gelangt.

Es ist bekannt, daß poröse Materialien mit geringer Porengröße nach benetzen mit einer Flüssigkeit den Durchtritt von Gasen bei Drücken der strömenden Flüssigkeit verhindern, die unter dem sogenannten Blasenpunkt derselben liegen. Der Blasenpunkt ist als derjenige charakteristische Druck definiert, bei dem eine erste Luftblase erscheint, wenn das unter die Oberfläche einer Flüssigkeit eingetauchte poröse Material unier Luftdruck gesetzt wird (vergl. hierzu beispielsweise US-PS 30 07 334). Man hat derartige mikroporöse Materialien bereits als Filter in eine Infusionseiniichtung eingebaut, das mit der Infusionsflüssigkeit befeuchtet wird. Dadurch konnte zwar ein Lufldurchtritt verhindert werden, jedoch entstanden Schwierigkeiten dadurch, daß sich die abgeschiedene Luft an der Oberfläche des Filters ablagerte und mit der Zeit den weiteren Durchtritt von Flüssigkeit behinderte und schließlich ganz unmöglich machte. Dabei nimmt auch das Druckgefälle durch das Filter ab, so daß der Blasenpunkt des Filters bei geringerem Druck als erwartet erreicht wird und die zurückgehaltene Luft bei dem normalen Arbeitsdruck doch durch das Filter hindurehtreten kann.

Ähnliche Schwierigkeiten treten bei chemischen Verfahren auf, bei denen eine Flüssigkeit beim Überführen in einen anderen Behälter gefiltert werden muß.

Aus der US-PS 35 23 408 ist eine Vorrichtung zum Trennen von Gasen und Flüssigkeiten bekannt, welche in einem aus zwei Teilen zusammengesetzten Gehäuse, das einen Einlaß für ein Gemisch aus Flüssigkeiten und Gasen aufweist, ein mit Flüssigkeit benetzbares und im flüssigkeitsbenetzten Zustand gasundurchlässiges Filter und diesem gegenüberliegend ein flüssigkeitsabstoßendes gasdurchlässiges Filter enthält, wobei hinter den Filtern jeweils Auslässe für die Flüssigkeit bzw. die Gase vorgesehen sind. Eine derartige Vorrichtung arbeitet nur dann zufriedenstellend, wenn sie sich in einer gewissen Position befindet, weil sichergestellt werden muß, daß die am gasundurchlässigen Filter abgeschiedenen Gasbläschen zum gasdurchlässigen Filter gelangen,

(>o was bei dieser Filtervorrichtung voraussetzt, daß die abgeschiedenen Gasbläschen zum gasdurchlässigen Filter hochsteigen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Trennen von Gasen und Flüssigkeiten

fi.s und zum Filtern von Flüssigkeilen und Gasen mit flüssigkeitsdurchlässigen Lind gasdurchlässigen Filtern für die getrennte Abfuhr von Flüssigkeiten und Gasen zu schaffen, die in jeder beliebigen Lage befriedigend

arbeitet, ohne d;:ü die am flüssigkeilsdurchlässigen Tilter abgeschiedenen Gasbläschen dieses Filier blokkieren können.

Diese Aufgabe wird erl'indungsgemäß mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelösi. Vorteilhafte Weiterbildungen der Ei'indung sind Gegenstand der linteransprüche.

Dadurch, daß die einzelnen Tilierblätter iicbencinandei angeordnet sind, wobei sich vorzugsweise auf zwei Seiten des flüssigkcitsdurchliissigcn Filters joweils ein gasdurchlässiges I'ilter befindet, ist gewährleistet, daß die am flüssig!:eitsdurchlässigen Tilter abgeschiedenen (iasbläschen schnell zu einem gasdurchlässigen Tilter gelangen und durch dieses entweichen können, so daß sie nicht vordem flüssigkeitsdurehlässigen l'ilter sitzen bleiben und dieses mit der Zeit blockieren. Daher kann die erfindungsgemäße Filtervorrichtung benutzt werden, ohne auf eine besondere Position derselben achten zu müssen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn alle Filterblätter in einer Fbene angeordnet sind, so daß die zu behandelnde und /u filiernde Flüssigkeit nacheinander über die einzelnen Filterblätter strömt, da dann allein durch die Strömung die an dem flüssigkeitsdurchlässigen Filterblatt abgeschiedenen Gasblüsehen zu den gasdurchlässigen Filterblättern mitgenommen werden.

Sowohl die flüssigkeitsdurchlässigen als auch die gasdurchlässigen Filterblätter haben vorzugsweise eine l.ochgröße von weniger als ü, J μ, wenn die Vorrichtung für Bluttransfusions- oder Bluiumwälzanordnungen verwendet werden soll. Dann kann man mit der Vorrichtung auch unerwünschte Mikroembolien oder sonstige Mikroorganismen abscheiden, ebenso wie man unerwünschte Lufteinschlüsse zurückhält, ohne das Leitungssystem der Anordnung vor Inbetriebnahme vollständig von Luft befreien zu müssen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist aber nicht nur /um Reinigen und Filtern von Blut und insbesondere menschlichem Blut geeignet, sondern auch für die Durchführung chemischer Verfahren, bei denen es wichtig ist. Flüssigkeiten vollständig von Gaseinschlüssen und/oder Gase vollständig von mitgefühlten FHissigkeitspartikeln zu befreien.

Für medizinische Anwendungsfälle ist es vorzuziehen, die die Flüssigkeit führenden Kammern so klein wie möglich auszuführen und ihnen zweckmäßig ein Gesamtvolumen von weniger als 0,5 cm³ zu geben.

Das Gehäuse der Vorrichtung wird zweckmäßig aus Kunststoffen gefertigt, die diesem eine ausreichende Stabilität verleihen, wobei die Kunststoffe starr oder auch flexibel sein können, je nach Anwendungsfall. Auch ist es möglich, das Gehäuse durchsichtig auszubilden, was häufig nützlich ist, um im Betrieb optisch überwachen zu können, ob die Vorrichtung befriedigend arbeitet.

Die Filterblätter können aus Textilmaterialien wie Baumwolle, |ute, Sisal, Hanf, Flachs, Leinen und Holzfasern aber auch aus Metalldraht und Kunststoff-Faden aller Ausführungen und Kombinationen dieser Materialien hergestellt werden. Dabei haben die Filterblältcr eine für den jeweiligen Verwendungszweck geeignete l.ochgröße. Sie können auch mit Kunststoff imprägniert sein, um die gewünschten mikroporösen Filterblätter zu schaffen. Hierfür geeignete mikroporöse Filtermaterialien sind in den US-PS 5! ^r)8 532, 32 38 056, 32 4fa 7b7 und 33 53 082 offenbart. Auch sind keramische Filter und mikroporöse Membranfilter brauchbar, wie sie in den US-PS 14 2! 341, Ib 9 3 890, 17 20 670, 27 8 3H94, 28 64 777 und 29 44 017 offenbart sind.

Wenn die drei Tilierblätter in einer Ebene angeordnet sind, kann die Vorrichtung flach und damit besonders s handlich gebaut werden. Falls bei einer derartigen Ausfühningsform tier Erfindung das am flüssigkeitsdurehlässigen Filter abgeschiedene Gas in der vor den Tilierblältern befindlichen Kammer hochsteigt und dort eine Gastasche bildet, ist das nicht schädlich, weil bei

ι υ einer Veränderung tier Lage der Vorrichtung diese Gastasche durch ein gasdurchlässiges Filterblalt abgebaut und auf jeden Tall sichergestellt wird, daß das abgeschiedene (Jas tlas flüssigkeitsdurchlässige Filterblalt nicht blockieren kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, und /war zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf das aus zwei Teilen zusammengesetzte Gehäuse dieser Vorrichtung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf die Innenseite des einen Gehiiuseleiles, nämlich des oberen Teiles, wobei die Filterblätter weggelassen sind,

F i g. 3 einen Längsschnitt nach Linie 3-3 aus T' i g. 1,
F i g. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 aus T' i g. 1,

2s Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie 5-5 aus T i g. 1 und

F i g. b einen Querschnitt nach Linie 6-6 aus F i g. 1.
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung /um Trennen von Gasen und Flüssigkeiten und zum filtern von Flüssigkeiten und Gasen hat ein starres, dünnes, kastenförmiges Gehäuse 1 mit rechteckigem Umriß, das aus /vvci Gehäuseteilen 2 und 3 zusammengesetzt ist, die aus Polymethyl-Methacrylat bestehen und die entlang einer Verbindungsnahl 4 zu einem Stück miteinander verbunden sind. Der Gehäuseteil 2 bildet dabei den Hauptteil und der Gehäuseteil 3 den Deckel des Gehäuses. Die Verbindungsnaht 4 ist im Inneren des Gehäuses so verwischt, daß die beiden Gehäuseteile wie ein einziges Stück zusammengehalten sind.

Jeder Gehäuseteil ist als Formteil gestaltet, beispielsweise als gegossener oder gepreßter Formteil. An der einen Seite des Gehäuseteiles 2 ist einstückig mit diesem eine Leitung 5 angeformt, die an ihrem einen Ende 6 einen Einlaßkanal 7 enthält und an ihrem anderen Ende mit einem Auslaß 9 versehen ist. Mit dem Einlaß 7 kann eine Einlaßleitung 10 und mit dem Auslaß 9 eine Auslaßleitung 11 verbunden werden. Die Leitung 5 enthält eine Wand 12, welche einen direkten Durchstrom vom Einlaßkanal 7 zum Auslaß 9 verhindert. Der Einlaßkanal 7 endet in einer öffnung 13, die in eine zwischen den beiden Gehäuseteilen 2 und 3 liegende Kammer 14 führt, so daß das gesamte durch die Einlaßleitung 10 zuströmende Medium, welches ein Flüssigkeit enthaltendes Gas oder eine Gas enthaltende Flüssigkeit sein kann, in die Kammer 14 gelangt.

Der Gehäuseteil 2 enthält drei Kammern 15, 16 und 17, die an ihrer jeweils offenen Seite mit je einem nach innen zur Kammer 14 ragenden umlaufenden Flansch 18,19 bzw. 20 versehen sind. Auf die Flansche 18 bzw. 20

fro der Kammern 15 und 17 ist jeweils ein flüssigkeitsabstoßendes Filterblatt 22 bzw. 24 aufgelegt und mit diesem verbunden, während auf dem Flansch 19 der Kammer 16 ein benetzbares Filterblalt 23 aufgelegt und mit diesem verbunden ist. Aus der Kammer 15 führen vier

i'S Gaskanüle 25 und aus der Kammer 17 vier Gaskanüle 27 nach außen, die zum Abführen von (Jas dienen. Die Kammer 16 enthüll öffnungen 29, die in die Leitung 5 und damit zum Auslaß 9 und der Auslaßleitung 11 führen

und zur Flüssigkeitsabfuhr dienen.

In die Kammer 14 eintretendes Gas kann dieselbe durch jedes der flüssigkeitsabstoßenden Filterblätter 22 und 24 hindurch verlassen, während in die Kammer 14 eintretende Flüssigkeil diese nur durch das benetzbare Filterblatt 23 verlassen kann. Das durch die Filterblättci 22 und 24 in die Kammern 15 und 17 gelangende Gas kann durch die Gaskanäle 25 und 27 entweichen, während die durch das benetzbare Filterblatt 23 hindurchströmende Flüssigkeit durch die Kammer 16 und den Verbindungskanal 29 zum Auslaß 9 und in die Auslaßleitung 11 strömt. Diese Flüssigkeit ist gefiltert und vollständig von Gasen befreit, während das durch die Gaskanäle 25 und 27 entweichende Gas keinerlei Flüssigkeit enthält, was durch die Trennwirkung der flüssigkeitsabstoßenden und benetzbaren Filterblätter erreicht wird.

Im Betrieb der Vorrichtung tritt das zu trennende und zu filternde Medium durch die Einlaßleitung 10 und den Einlaßkanal 7 in die Kammer 14 ein und kommt mit der in diese weisenden Seite der Filterblätter 22, 23 und 24 in Kontakt. Dabei wird das benetzbare Filtcrblatt 23 benetzt.

Sobald dessen Poren mit Flüssigkeit gefüllt sind, tritt kein Gas mehr durch dieses Filtcrblalt hindurch. Hingegen befeuchtet die Flüssigkeit die flüssigkeitsabstoßenden Filterblätter 22 und 24 nicht, so daß durch diese Filterblätter Gas frei hindurchtreten und in die Kammern 15 und 17 gelangen kann, von wo es durch die Kanäle 25 bzw. 27 in die Atmosphäre entweicht. Die durch das benetzbare Filtcrblatt 23 hindurchtrclcncle Flüssigkeit gelangt in die Kammer 16, von wo sie durch den Kanal 29 zur Auslaßleitung 11 strömt und durch diese die Vorrichtung verläßt.

Der F.inlaßkanal 7 und der Auslaß 9 sind so ausgebildet, daß sie zu jeder Leitung einer Anordnung passen, in welcher die Trenn- und Filtervorrichtung verwendet werden soll. Der Auslaß 9 kann beispielsweise /um unmittelbaren Anschließen einer LuerNadel oiler eines Schlauches, der gegebenenfalls zu einer Lucr-Nadel führt, eingerichtet sein, während der I'.inlaßkanal 7 mit einem für medizinische Anwendungen üblichen Flüssigkeitsvorriitsbohültcr verbunden weiden kann.

Die Vorrichtung kann leicht mittels eines Halides oiler eines Hügels oder anderweitig mit einem der Gliedmaßen eines l'atieiilen verbunden werden, dem ein beliebiges fließfähiges Medikament verablolgt werden soll.

Diese Vorrichtung ist /um Trennen und Filtern von Gasen und Flüssigkeiten und zum Filtern von Flüssigkeiten und Gasen jeglicher Art für medizinische und chemische Anwendungen brauchbar. Beispielsweise kann diese Vorrichtung dazu benutzt werden, sowohl s eine Leitung von Luft freizuhalten oder zu befreien als auch zu verhindern, daß Luft einem Patienten, der eine Injektion oder Infusion erhält, zugeführt wird. Auch wenn die Flüssigkeit unter Druck, beispielsweise dem Druck einer Förderpumpe, zugeführt wird, arbeitet die

ίο Vorrichtung einwandfrei, solange der Druck unter dem Blasenpunkt der Flüssigkeit liegt, und zwar auch dann noch, wenn der Vorrat der zugegebenen Flüssigkeit erschöpft ist.

Die Vorrichtung ist auch bei schwerkraftfreicr Filtration von Flüssigkeiten und beim Trennen von Gasen und Flüssigkeiten brauchbar, beispielsweise im schwerelosen Weltraum. Sie kann auch dazu dienen, Flüssigkeiten zu filtrieren und von Flüssigkeiten mitgeführte Gase abzuscheiden, beispielsweise bei jeder Art chemischer Verfahren wie beispielsweise beim Abseheiden von Wasserstoff und anderen reaktionsfähigen Gasen aus Flüssigkeiten, bei der Filtration und bei anderen Reaktionen mit Gas als Reaktionsteilnehmer Da die Vorrichtung keinen Antrieb irgendeiner Art benötigt, ist sie vielseitiger verwendbar als Zentrifugalseparatoren und gewöhnlich für die angegebenen Zwecke deshalb geeignet, weil sie klein und kompakt ausgeführt ist.

Die Vorrichtung ist aber auch beim Abtrennen von in

.ίο (Jasen mitgeführten flüssigkeiten geeignet, vorausgesetzt, daß das benetzbare Filtcrblalt vollständig mit dci abzuscheidenden Flüssigkeit befeuchtet ist, bevor dci gewünschte Arbeitsgang beginnt, um zu gewährleisten daß kein Gas durch das benetzbare Fillcrblatl

.15 hindurchtreten kann. Wenn jedoch die Anwesenheit vor Gas in der Abfuhrleitung für die abzuscheidende Flüssigkeit unproblematisch ist, kann von diesel Hilfsmaßnahme abgesehen wurden. In solchen Füller gewährleisten die flüssigkeitsabstoßenden l'ilterblältei

.μι das Abscheiden der Flüssigkeit vom (Jas, so daß mar flüssigkeilsfreies Gas erhält. I ine solche Vorrichtung is bei Luftreinigern und bei chemischen Anlagen voi Nut/.cn, bei denen das Mitführen von Flüssigkeiten ii (Jason verhindert weiden muß, um ein Verschmutze·!

•is der Atmosphäre und eine Schädigung der Umwelt /1 verhindern. Für diese Anwciidungsfälle ist die eiTin diingsgcmälk" Vorrichtung besser geeignet als ek'ktm stillisch arbeitende Nicderschhigfiltcr, da die erfin ilnngsgemäße Vorrichtung keine von außen /ii/ufühmi

V dv Aulrii'bscncrgii'benötigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung /um Trennen von Gasen und Flüssigkeiten und /um [-'illern von Flüssigkeiten und Gasen, mil einem uns mindestens zwei aneinander befestigten Teilen /iisammengesel/.ten Gehäuse, einem Einlaß für Flüssigkeiten und Gase, einem mit Flüssigkeit benetzbaren und im flüssigkeitsbenetzten Zustand gasundurchlässigen Filter und einem dahinter befindlichen Flüssigkeilsauslaß und mit einem flüssigkeilsabstoßenden gasdurchlässigen Filter mit einem dahinter angeordneten Gasauslaß, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Gehäuseteil (2) drei nebeneinander angeordnete, von Wanden (18; 19; 20) begrenzte Kammern (15; 16; 17) enthält, die alle einer durchgehenden, mit dem Einlaß (7) verbundenen Kammer (14) des zweiten Gehäuseteiles (3) gegenüberliegen und getrennt voneinander jeweils über ein Filterblatt (22; 2.3; 24) mit dieser in Verbindung stehen, wobei die in Strömimgsrichtung nacheinander angeordneten Filterblälter abwechselnd flüssigkeitsabstoßend oder benetzbar sind, und daß die drei Kammern jeweils mit Gasauslässen (.25; 27) oder einem Flüssigkeiisauslaß (9) versehen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Filterblätter (22; 23; 24) in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Filierblätter (22; 23; 24) eine mikroporöse Filtermembran ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Filterblätter (22; 23; 24) eine poröse Unterlage aufweist, die mit einer mikroporösen faserigen Schicht überzogen ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Filterblätter (22; 23; 24) eine poröse Unterlage aufweist, die mit einer mikroporösen Schicht imprägniert ist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Filterblälter (22; 23; 24) von einem gelochten Trägerblatt getragen wird.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gesamtvolumen der vier Kammern (14; 15; 16; 17) weniger als 1 cm¹ beträgt.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gehäuseteile (2; 3) aus starrem Werkstoff bestehen.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) aus durchsichtigem oder durchscheinendem Werkstoff besteht.