DE2627169A1

DE2627169A1 - Gas-fluessigkeitsfiltereinheit und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2627169A1
Application number: DE19762627169
Authority: DE
Inventors: Bernard R Danti
Original assignee: Millipore Corp
Current assignee: EMD Millipore Corp
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1976-12-30
Also published as: FR2314753A1; JPS521992A; SE7606780L

Description

Gas-ITüssigkeitsfiltereinheit und "Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Gütereinheit, insbesondere eine kompakte Gas-Flüssigkeitsfütereinheit für intravenöse Behandlung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Gas-Flüssigkeitsfiltereinheiten "beschränkt, sondern auch bei anderen Gütereinheiten anwendbar.

Gas-Flüssigkeitsfilter werden sowohl in der Industrie als auch in der Medizin verwendet. Üblicherweise haben

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sie die Funktion, in einer Flüssigkeit eingeschlossenes Gas abzuleiten und außerdem Feststoffteilchen oder Mikroorganismen, die eine bestimmte Größe übersteigen, auszufiltrieren. In der medizinischen Technologie ist es von großer Bedeutung, daß aus einer für die intravenöse Behandlung zu verwendenden Flüssigkeit alle eingeschlossenen oder mitgeführten Gase abgezogen werden, bevor die Flüssigkeit in die Venen gelangt, da sonst eventuell eine tödliche Luftembolie auftreten kann. Außerdem sollte die intravenös zu verwendende Flüssigkeit filtriert werden, um Bazillen und Feststoffteilchen zu entfernen, deren Vorhandensein in der Flüssigkeit Venenentzündung, Blutvergiftung od. dgl. hervorrufen könnte.

Bisher werden Gas-Flüssigkeitsfilter , die für die intravenöse Behandlung und ähnliche medizinische oder industrielle Zwecke brauchbar sind, so aufgebaut, daß als spezifische Filterelemente in der Einheit mikroporöse Filterstoffe verwendet werden. Solche Filter sind allgemein bekannt und bestehen typischerweise aus Zelluloseestern. Sie werden z. B. unter dem Warenzeichen MILLIPORE von der Millipore Corporation, Bedford, Ma., USA, verkauft.

Diese Filter haben sehr gleichmäßige kleine Poren und bewirken so eine absolute Filtration, da Feststoffteilchen, die größer als die größte Porengröße des Filters sind, nicht hindurchgelangen können. Bei einer Gas-Flüssigkeitsfiltereinheit mit mikroporösen Membranfiltern besteht das Filter zum Ableiten des Gases aus einem flüssigkeitsabweisenden Werkstoff, so daß das

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Gas durchtreten kann, ohne daß gleichzeitig Flüssigkeit durchtritt, und das zum Filtrieren der Flüssigkeit verwendete Filter "besteht aus einem flüssigkeitsanziehenden Werkstoff, der den Durchtritt der Flüssigkeit, jedoch nicht von Feststoffteilchen oder Mikroorganismen oberhalb der bestimmten Kleinstgröße gestattet. Das flüssigkeitsanziehende Filter wird nachstehend als hydrophiles Filter und das flüssigkeitsabstoßende Filter als hydrophobes Filter bezeichnet. Die Verwendung dieser in der Filtertechnik üblichen Bezeichnungen soll jedoch nicht bedeuten, daß die Flüssigkeit immer Wasser oder wasserhaltig sein muß. Bei der Filtereinheit nach der Erfindung sind auch Filterstoffe verwendbar, die für solche Lösungen anziehend oder abweisend sind, die von Wasser verschiedene Lösungsmittel verwenden. Durch den Einbau beider Filter in einer einzigen Einheit können aus einer Flüssigkeit sowohl das mitgeführte Gas abgezogen als auch Feststoffteilchen zwischen dem Filterein- und -auslaß ausfiltriert werden. Filtereinheiten, die Flüssigkeiten und Gasströme durch eine Kombination hydrophober und hydrophiler Filter voneinander trennen, sind z. B. in den US-Patentschriften 3 149 758, 3 523 408, 3 631 654 und 3 854 901 beschrieben.

Für viele Verwendungszwecke, insbesondere zur intravenösen Behandlung, ist es wichtig, daß die Filtereinheit kompakt und kostengünstig herstellbar ist, da sie vorzugsweise wegwerfbar sein soll, weshalb eine wirtschaftliche Fertigung und einfache Lagerung

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großer Mengen von Bedeutung sind, wenn eine bestimmte Ausführung mit Erfolg vertrieben werden soll. Eine wirtschaftliche Fertigung erfordert es, daß der Aufbau der Gütereinheit zum einfachen und zuverlässigen Zusammenbau geeignet ist. Die Konstruktionen solcher Gütereinheiten nach dem Stand der Technik sind zwar für die angegebenen Zwecke verwendbar, jedoch in der Fertigung teuer, und sie können nicht mit hinreichend niedrigen Kosten zuverlässig gefertigt werden, so daß sie keine breitgestreute Verwendung gefunden haben. Die bekannten Filtereinheiten bestehen im allgemeinen aus gegossenen Kunststoffteilen mit Aufnahmeabschnitten für Rohre, die entweder in den Kunststoff eingegossen oder als Teil des Formstücks ausgebildet sind,

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer wegwerf "baren oder Einweg-Filtereinheit, die zuverlässig und kostengünstig durch Massenfertigung herstellbar ist; diese Filtereinheit ist bevorzugt eine G-as-Flüssigkeitsfiltereinheit.

Die Filtereinheit nach der Erfindung besteht aus einer im wesentlichen rechteckigen Hülle, die durch ein mikroporöses Membranfilter, das mit einer Halterung dicht verbunden ist, in zwei etwa gleiche Kammern ader Fächer unterteilt ist; die Halterung ist ihrerseits dicht mit der Hülle verbunden. Die Hülle selbst ist aus zwei Hälften gebildet, die aus vakuumgeformtem Kunststoff bestehen und je eine von einem Flansch umgebene Vertiefung aufweisen. In

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jedem Plansch ist eine halbkreisförmige Ausnehmung ausgebildet, und wenn die Plansche einander gegenüberliegen, "bilden die "beiden halbkreisförmigen Ausnehmungen eine kreisförmige Ausnehmung zur Aufnahme eines in das Hülleninnere führenden Rohrs. Die Halterung für die mikroporöse Membran ist zwischen den beiden gegenüberliegenden Planschen eingesetzt und unterteilt die Hülle in zwei Kammern, und zwar eine Einlaß- und eine Auslaßkammer. Der Außenrand der Halterung ist biegsam, und zwar wenigstens im Bereich der Ausnehmung für das Rohr. Das Einlaßrohr, das bevorzugt ebenfalls aus biegsamem Kunststoff besteht, ist zwischen der Membranhalterung und der die Einlaßkammer definierenden Hüllenhälfte angeordnet. Das Auslaßrohr ist zwischen der Membranhalterung und der die Auslaßkammer definierenden Hüllenhälfte angeordnet. Die beiden Hüllenhälften und die Membranhalterung sowie die beiden Rohre sind zur Bildung einer Filtereinheit dicht miteinander verbunden.

Durch diesen Aufbau ergibt sich eine PiItereinheit, die in wirtschaftlicher Weise durch Massenfertigung herstellbar ist; sie wird nach der Verwendung weggeworfen, übt jedoch die gleichen Punktionen aus wie die bereits entwickelten, komplizierter aufgebauten Filtereinheiten nach dem Stand der Technik.

Die Erfindung schafft also eine kostengünstige Filtereinheit mit einem mikroporösen Membranfilter, das eine dichte Hülle in zwei Kammern unterteilt, deren eine einen Einlaß und deren andere einen Auslaß aufweist. Die den Einlaß aufweisende Kammer hat in ihrer Außenwand ein als Gasabzug dienendes hydrophobes

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mikroporöses Membranfilter. Die dichte Hülle ist aus zwei geflanschten Kunststoffhalften gebildet, deren gegenüberliegende Plansche mit Ausnehmungen zur Aufnahme eines Einlaß- und eines Auslaßrohrs ausgebildet sind. Die die Hülle bildenden Hälften sind durch ein drittes Glied voneinander getrennt, das das Filter trägt und die Hülle in die Ein- und die Auslaßkammer unterteilt. Dieses dritte Giied ist wenigstens im Bereich der beiden Rohre biegsam. Das Einlaßrohr ist zwischen dem dritten Glied und der ersten Hüllenhälfte und das Auslaßrohr zwischen dem dritten Glied und der zweiten Hüllenhälfte angeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsansicht der Gas-Flüssigkeitsfiltereinheit nach der Erfindung, die für eine intravenöse Behandlung besonders vorteilhaft

ist ;

Fig. 2 Endansichten der Befestigung des und 3 Einlaß- und des Auslaßrohrs; und

Fig. 4 einen Querschnitt des Bodens der unteren Hüllenhälfte von Fig. 1.

Die Filtereinheit umfaßt ein hydrophiles oder wasseranziehendes mikroporöses Membranfilterglied 11, das als im wesentlichen ebene Folie ausgebildet und vor-

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teilhaft mit einer ebenfalls im wesentlichen viereckigen "biegsamen Vinylfolie 13 durch Heißsiegeln verbindbar ist. Die das hydrophile Gilterglied 11 aufweisende Yinylfolie 13 ist an ihrem Rand zwischen einer oberen Hüllenhälfte 15 und einer unteren Hüllenhälfte 17 dicht eingeschlossen. Die Hälften 15 und bilden die Hülle der Gütereinheit. Bei einer bevorzugten Ausbildung sind die beiden Hälften 15 und aus durchsichtigem unbiegsamen Vinyl vakuumgeformt. Wie am besten aus Mg. 1 ersichtlich ist, hat die obere Hälfte 15 zwei Vertiefungen 30, die eine Verstärkung der oberen Hälfte 15 bewirken und ferner einen Gassammeiraum bilden. Wenn die Gütereinheit als Gas-Glüssigkeitsfilter verwendet werden soll, ist die obere Hälfte 15 ferner so geformt, daß sie ein hydrophobes bzw. wasserabweisendes Membranfilter 23 enthält, das einen gasdurchlässigen und flüssigkeitsundurchlässigen Durchgang durch die obere Htillenhälfte bildet. Nach Pig. 1 ist ein solches gasdurchlässiges Güter 23 in einer der Vertiefungen 30 vorgesehen. Bei einer Ausbildung der Erfindung besteht das hydrophobe Güter 23 aus einem mikroporösen Membranfilter aus Polytetrafluorathylen, wie es unter dem Warenzeichen "GLTJOROPORE" von der Millipore Corporation, Bedford, Mass., USA, vertrieben wird. Das Güter 23 ist als dünne Kreismembran ausgebildet, die an ihrem Außenrand dicht mit der Halfte 15 verbunden ist, wobei in der Hüllenhälfte eines oder mehrere löcher 27 ausgebildet sind, so daß durch ein Einlaßrohr 19 strömendes Gas durch die Htillenhälfte abgezogen wird. Die Htillen-

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halfte 15 weist ferner einen Umfangsflansch 15a auf, der an einem Ende mit einer harbkreisförmigen Ausnehmung 38 ausgebildet ist, die das Einlaßrohr 19 aufnimmt, und am anderen Ende eine halbkreisförmige Ausnehmung 38* hat, die ein Auslaßrohr 21 aufnimmt.

Die untere Hüllenhälfte 17, die vorteilhaft ebenfalls aus einem dünnen, unbiegsamen Vinyl geformt ist, hat im wesentlichen die Form einer flachen rechteckigen Schale, und ein vertiefter Teil 34 der Schale weist eine Anzahl Vorsprünge in Form von aufrechten Rippen 36 auf, die parallel zur langen Seite der rechteckigen Schale verlaufen, wodurch im Boden der Vertiefung 34 Kanäle gebildet sind, die parallel zu einer das Einlaßrohr 19 mit dem Auslaßrohr 21 verbindenden Geraden verlaufen. Die Vorsprünge in Fig. sind zwar in Form unterbrochener Rippen 36 dargestellt, sie können jedoch auch anders ausgebildet sein, z. B. als kreisförmige oder auch unregelmäßige Vorsprünge, wenn sie sich so weit in Richtung zum Membranfilter erstrecken, daß sie dieses haltern, wenn es zum Boden der Vertiefung 34 hin durchgebogen wird, damit es nicht die Strömungskanäle durch die Einheit zum Auslaßrohr 21 verschließt. Eine bevorzugte Ausbildung der Rippen ist im einzelnen in Fig. 4 gezeigt. Die untere Hüllenhälfte weist ferner einen Umfangsflansch 34a auf, der die Vertiefung 34 umgibt und halbkreisförmige Ausnehmungen 39 und 39' aufweist. Wenn der Flansch 34a der unteren Hüllenhälfte 17 dem Flansch 15a der oberen Hüllenhälfte 15 gegenüberliegt, bilden die Ausnehmungen 38 und 39 miteinander eine Ausnehmung zur Aufnahme des

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Einlaßrohrs 19, und die Ausnehmungen 38' und 39' bilden zusammen eine Ausnehmung zur Aufnahme des Auslaßrohrs 21. Die Ausbildung dieser Ausnehmungen für das Einlaß- und das Auslaßrohr, wobei einfach die beiden Hüllenhälften aufeinandergelegt werden, ergibt einen Aufbau der Gütereinheit, der einfach und kostengünstig herstellbar ist, wie noch erläutert wird.

Der Zusammenbau der vorgenannten Teile zu einer fertigen Gütereinheit ist einfach durchführbar.

Das Membranfilter 11 wird, wie bereits erläutert, an der biegsamen "Viny!folie 13 bevorzugt durch Heißsiegeln an ihrem Umfang befestigt. Dann wird die Folie 13 zwischen die beiden gegenüberliegenden Plansche 15a und 34a der oberen und der unteren Hüllenhälfte 15 und 17 gelegt. Das Einlaß- und das Auslaßrohr 19 und 21 werden eingelegt, wobei das Einlaßrohr 19 zwischen der Hüllenhälfte 15 und der iüterhaltefolie 13 (vgl. Pig. 2) angeordnet wird. Das Auslaßrohr 21 wird zwischen die untere Hüllenhälfte 17 und die Püterhaltefolie 13 (vgl. Pig. 3) eingelegt. So unterteilt die Polie 13, die natürlich in der Nähe der Rohraufnahmeausnehmungen biegsam sein muß, damit sie sich um die Rohre schmiegt, die durch die Hüllenhälften 15 und 17 gebildete Hülle in zwei im wesentlichen gleiche Kammern oder Pächer.

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Die Teile können durch Heißsiegeln, mit Hilfe eines Lösungsmittelklebers oder auf irgendeine andere übliche Weise dicht zusammengefügt werden.

Ein besonders vorteilhaftes Dichtungsverfahren ergibt sich bei Verwendung einer Hochfrequenzquelle, wie nachstehend erläutert wird. Zur Halterung des Membranfilters 11 wird eine biegsame Polyvinylchloridfolie verwendet; die Rohre 19 und 21 bestehen ebenfalls aus biegsamem Polyvinylchlorid. Die Hüllenhälften bestehen z. B. aus unbiegsamem Polyvinylchlorid. Nach dem Zusammenfügen der Einheit werden die Teile in ihren Lagen gehalten, die Einheit wird dem EeId eines üblichen Kochfrequenz-Siegelgeräts ausgesetzt, und die aus biegsamem Polyvinylchlorid bestehenden Teile werden erwärmt, während die unbiegsamen Teile nicht erwärmt werden. Dadurch wirkt die Folie 13 als "Zement" oder Elebmittel zum Verbinden der beiden Hüllenhälften 15 und 17, und im Bereich der Ausnehmungen erfolgt ein teilweises Schmelzen der beiden Rohre 19 und 21 sowie der Eilterhaltefolie, so daß zwischen den Rohren und der Einlaß- bzw. Auslaßkammer eine dichte Verbindung hergestellt wird. Dadurch wird das Herstellungsverfahren wesentlich vereinfacht, und die Gütereinheiten sind zuverlässig und kostengünstig herstellbar.

Die Gütereinheiten nach der Erfindung sind z, B. aus endlosen Materialbahnen herstellbar, wobei jede Bahn von einer Vorratsrolle einer !Fertigungsmaschine zugeführt wird.

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Auf Vorratsrollen "befindliche Materialballen sind normalerweise sehr "sauber", d. h. frei von Schinutzteilchen, so daß die erhaltenen Erzeugnisse ebenfalls sauber sind. Wenn vor der Fertigung ein weiteres Reinigen der MateriaXbahnen erforderlich ist, kann dies unter Anwendung üblicher Methoden während des Herstellungsverfahrens erfolgen, und zwar unmittelbar vor den Formschritten. Dies ist ein wesentlicher Vorteil der Filtereinheit nach der Erfindung.

Es wurde zwar auf ein bevorzugtes Hochfrequenz-Siegelverfahren zum dichten Verbinden von Polyvinylchloriden Bezug genommen, aber das Verfahren ist natürlich auch auf andere Werkstoffe anwendbar, bei denen eine bevorzugte Erwärmung des einen in "bezug auf einen anderen Werkstoff erfolgt.

Die fertige Filtereinheit stellt eine im wesentlichen dichte Hülle dar, die bei dem erläuterten Ausführungsbeispiel mittels eines hydrophilen Membranfilters in zwei ungefähr gleiche Kammern unterteilt ist, wobei das Filter an seinem Rand mit einer biegsamen Vinylfolie verschweißt ist. Die Folie wirkt ihrerseits als "Zement" oder Klebmittel zum Verbinden der oberen und unteren Hüllenhälften. Die erste Kammer umfaßt eine Einlaßöffnung für die zu filtrierende Flüssigkeit, und die zweite Kammer umfaßt eine Auslaßöffnung zum Austritt der filtrierten Flüssigkeit aus der Filtereinheit. Die Kammern sind durch das Membranfilter und dessen Haltefolie voneinander getrennt. Die Befestigung des Ein- und des Auslaßrohrs an der oberen bzw. der unteren Hüllenhälfte ist besonders einfach.

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Die Erfindung wurde zwar unter Bezugnahme auf eine bestimmte geometrische Form erläutert, es können jedoch auch andere !Formen und andere Werkstoffe als die "bevorzugten durchsichtigen Werkstoffe verwendet werden. Die obere und die untere Hüllenhälfte 15 und 17 sind zwar aus unbiegsamem Werkstoff, sie können jedoch auch aus biegsamem Werkstoff, z. B. biegsamer Polyvinylchloridfolie, bestehen.

Die Filtereinheit nach der Erfindung ist in zuverlässiger und kostengünstiger Weise herstellbar, und dies ist für Einweg-Filtereinheiten zur Verwendung bei der intravenösen Behandlung besonders wichtig.

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Claims

Patentansprüche

Gas-Flüssigkeitsfiltereinheit, gekennzeichnet durch eine erste und eine zweite Hüllenhälfte (15, 17), die je eine Vertiefung (30 "bzw. 34) und einen um diese verlaufenden Plansch (15a bzw« 34a) mit wenigstens zwei darin ausgebildeten halbkreisförmigen Ausnehmungen (38, 38' bzw. 39, 39') aufweisen und so geformt sind, daß "bei gegenüberliegenden Flanschen (15a, 34a) die Vertiefungen(30, 34) eine Hülle und die gegenüberliegenden halbkreisförmigen Ausnehmungen (38, 39 bzw. 38', 39') zwei kreisförmige Ausnehmungen zur Aufnahme je eines Rohrs (19_t 21) bilden, ein zwischen den Hüllenhälften (15, 17) angeordnetes drittes Glied (13), mit dem ein Filter (11) dicht verbunden ist, so daß die Hülle in zwei Hälften unterteilt ist, wobei das dritte Glied (13) wenigstens einen biegsamen Außenrandabschnitt im Bereich der gegenüberliegenden Ausnehmungen (38, 39 bzw. 38', 39^f) der Hüllenhälften (15, 17) aufweist,

ein erstes Rohr (19), das in eine der Ausnehmungen (38, 39) zwischen dem dritten Glied (13) und der ersten Hüllenhälfte (15) eingesetzt ist, und ein zweites Rohr (21), das in die andere Ausnehmung (38', 39') zwischen dem dritten Glied (13) und der zweiten Hüllenhälfte (17) eingesetzt ist, wobei das eine Rohr (19) ein Einlaßrohr für unfiltrierte Flüssigkeit und das zweite Rohr (21) ein Auslaßrohr

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für filtrierte flüssigkeit ist, die beiden Hüllenhälften (15, 17) und das dritte Glied (13) an ihren
Rändern dicht miteinander verbunden und die Rohre
(19, 21) dicht in den Ausnehmungen (38, 39 bzw. 38',
39') angeordnet sind.
2. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Hüllenhälfte (15) einen von einem hydrophoben Filter (23) bedeckten Gasabzug aufweist.
3. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (11) ein mikroporöses hydrophiles Membranfilter ist.
4. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hüllenhälften (15, 17) aus unbiegsamer
Polyvinylchloridfolie und das dritte Glied (13) sowie
die beiden Rohre (19, 21) aus biegsamer Polyviny!chloridfolie bestehen.
5. Filtereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Grund der in der zweiten Abdeckhälfte (17) ausgebildeten Vertiefung (34) mehrere aufrechte Rippen

(36) geformt sind.
6. Verfahren zum Herstellen einer Gas-Flüssigkeitsfiltereinheit aus Kunststoff,
gekennzeichnet durch
Bereitstellen von zwei aus einem ersten Kunststoff bestehenden Hälften für die Hülle der Filtereinheit;

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Bereitstellen eines filters, das anhaftend mit einer Filterhalterung aus einem zweiten Kunststoff verbunden ist, der Hochfrequenzenergie schneller als der erste Kunststoff absorbiert;

Einlegen der Filterhalterung zwischen die beiden Hälften; und

Anlegen eines Hochfrequenzfeldes an die zusammengefügte Einheit zum Schmelzen der Pilterhalterung und dichten Verbinden der beiden Hälften.

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