DE29901267U1 - Als Disposable ausgebildete Filtrationseinheit zur Entfernung von Schadstoffen aus Fluiden - Google Patents
Als Disposable ausgebildete Filtrationseinheit zur Entfernung von Schadstoffen aus FluidenInfo
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Description
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Sartorius AG SM9806G
Weender Landstraße 94-108
37075 Göttingen
37075 Göttingen
Als Disposable ausgebildete Filtrationseinheit zur Entfernung
von Schadstoffen aus Fluiden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filtrationseinheit zur Entfernung von Schadstoffen
aus Fluiden, wie Flüssigkeiten und Gasen mittels partikulärer Adsorber, insbesondere
mittels Aktivkohlepartikel.
Die erfindungsgemäßen Filtrationseinheiten sind verwendbar in Räumen mit besonderen
Anforderungen an die Sicherheit und Reinheit, beispielsweise in Operationsräumen von
Kliniken zur Adsorption schädlicher Gase, die beispielsweise bei der Anmischung von
Knochenzement entstehen; in Laboratorien, beispielsweise zur Reinigung von Trägergasen für Analysengeräte; für die Filtration von Flüssigkeiten zur Entfernung
störender Begleitstoffe, die besipielsweise durch Diagnostik-Kits untersucht werden
sollen. Derartige Filtrationseinheiten sind als Disposable einsetzbar und können
zusammen mit den adsorbierten Schadstoffen entsorgt werden.
Aus der US-PS 4 064 876 ist eine als Filterpatrone ausgebildete Filtrationseinheit
bekannt, die zwischen einer Polyesterur ethan-Schaumstoffschicht und einer
Glasfaserschicht eine Schüttung von Aktivkohlepartikeln besitzt. Die Aktivkohleteilchen
sollen durch die beiden Schichten so zusammengepreßt werden, daß die lose Schüttung
sich möglichst wenig bewegen kann. Dadurch soll die Bildung von Hohlräumen vermieden werden, über welche mit Schadstoffen beladenes Fluid (Luft) ungehindert
hindurchbrechen würde. Nachteilig ist, daß dem Fluid ein hoher Durchgangswiderstand
entgegengesetzt wird, was zu einer Verminderung der Filterleistung führt. Als Alternative dazu wird auch vorgeschlagen, die Aktivkohleteilchen in einem groben
Glasfaservlies fein zu verteilen. Nachteilig ist hier jedoch, daß die nur lose zwischen den
Glasfasern gehaltenen Aktivkohlepartikel im Laufe der Zeit zerrieben werden und als
Staub aus dem Vlies herausgespült werden. Dadurch wird das Filtrat verunreinigt, und es
werden unerwünschte Bypässe freigeben, wodurch die Adsorptionskapazität der
Filterpatrone vermindert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Filtrationseinheit zur Entfernung
von Schadstoffen aus Fluiden unter Verwendung von Adsorberpartikeln zu schaffen, die
eine hohe Filtrations- und Adsorptionsleistung gewährleistet und bei der Bypässe und
Verunreinigungen des Filtrats vermieden werden.
Die Aufgabe wird durch eine Filtrationseinheit gelöst, die aus einem Gehäuse besteht,
das stirnseitig gegenüberliegend mit einem Einlaß- und einem Auslaßstutzen versehen ist,
wobei die Stutzen vom Gehäuseraum durch sie überdeckende Flachfilterlagen getrennt
sind und der Gehäuseraum eine Schüttung von Adsorberpartikeln enthält derart, daß das
zu filtrierende Fluid bestimmungsgemäß den Einlaß stutzen, die erste Flachfilterlage, die
Adsorberpartikel, die zweite Flachfilterlage und den Auslaßstutzen passieren muß. Der
Gehäuseraum ist dabei zwischen ungefähr 99 und ungefähr 97 % mit den Adsorberpartikeln gefüllt und zumindest in einem Abschnitt verjüngend ausgebildet,
wobei die Flachfilterlagen zentralsymmetrisch zueinander angeordnet sind. Die Verjüngung ist derart vorhanden, daß sich das Volumen des Gehäuseraums um
wenigstens ungefähr 5 %, vorzugsweise um ungefähr 10 % reduziert im Vergleich zum
Volumen eines Gehäuseraums ohne eine derartige Verjüngung.
Durch die Verjüngung des Gehäuseraumes und die zentralsymmetrische Anordnung der
beiden Flachfilterlagen wird erreicht, daß die Filtrationseinheit in jeder beliebigen Lage
betrieben werden kann und kein Bypaß zwischen Schüttung der Adsorberpartikel und
der Gehäusewand ausgebildet werden kann, den das zu filtrierende Fluid ohne Adsorption ungehindert passieren kann. Durch die Füllung des Gehäuserumes mit einer
Schüttung der Adsorberpartikel, die zwischen 97 und 99 % des Gehäusevolumens einnimmt, ist ein hoher Durchfluß des zu filtrierenden Fluids gewährleistet.
In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung ist der Gehäuseraum in den sich verjüngenden Abschnitten als Kegelstumpf oder als Pyramidenstumpf ausgebildet.
In bevorzugten Ausfuhrungsformen der Erfindung ist der Gehäuseraum in den sich verjüngenden Abschnitten als Kegelstumpf oder als Pyramidenstumpf ausgebildet.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung unterscheiden sich die
zentralsymmetrisch zueinander angeordneten Flachfilterlagen in ihrer Größe um wenigstens 5 %, vorzugsweise um wenigstens 10 %. Bei dieser Ausführungsform ist die
Verjüngung des Gehäuseraumes nicht erforderlich.
Für die Entfernung von Schadstoffen aus Gasen bestehen die Flachfilterlagen aus
hydrophoben und für die Entfernung von Schadstoffen aus wässrigen Lösungen aus hydrophilen Materialien, vorzugsweise aus entsprechenden porösen Membranen. Dabei
hat es sich für die Filtrationsleistung als ausreichend erwiesen, wenn die Flachfilterlagen
einen Porendurchmesser im Bereich von 0,2 bis 0,5 &mgr;&eegr;&igr;, vorzugsweise von 0,2 &mgr;&eegr;&igr;
aufweisen. Derartige hydrophobe Membranen gestatten beispielsweise einen Luftdurchsatz von mindestens 3 Liter pro Minute und cm2 bei 0,1 bar Druckdifferenz.
Außerdem halten Membranen mit dem genannten Porengrößenbereich Mikroorganismen und Abrieb der Adsorberpartikel praktisch quantitativ zurück. Als hydrophobe
Membranen werden solche aus Polytetrafluorethylen (PTFE) bevorzugt. Die hydrophoben Membranen wirken bei der Schadstoffentfernung aus Gasen gleichzeitig als
Flüssigkeitssperre und Schutz für nachfolgende feuchtigkeitsempfindliche Geräte, wie
Pumpen, Analysengeräte usw. Zur Erhöhung der Filtrationsleistung kann für die erste
eingangsseitig angeordnete Flachfilterlage eine Membran mit einem Porendurchmesser
von mehr als 0,5 &mgr;&pgr;&igr; verwendet werden.
Als hydrophile Membranen haben sich modifizierte Poly ether sulfon-, Polyamid-,
Celluloseacetat- und Cellulosehydratmembranen (Hydrosart® , Sartorius AG) besonders
bewährt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen die hydrophilen
Membranen aus porösen Membranadsorbern, beispielsweise in Form von Ionenaustauschermembranen. Nach der WO-Al- 92/00805 (Sartorius AG) sind poröse
Membranadsorber solche Membranen, die an ihrer inneren und äußeren Oberfläche fünktionelle Gruppen, Liganden oder Reaktanden tragen, die zur Wechselwirkung mit
mindestens einem Stoff einer mit ihm in Kontakt stehenden flüssigen Phase befähigt sind.
Mit einer derartigen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, spezifisch
Schadstoffe an die Membranadsorber zu binden, die entweder nicht von den Adsorberpartikeln gebunden werden oder wo die Membranadsorber als zusätzliches
Sicherheitsfilter. (Polizeifilter) wirken, wie beispielsweise zur Gewährleistung der
Abtrennung von Endotoxinen an Membranadsorbern (DE-OS 195 43 371).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Flachfilterlagen
abgestützt. In der Regel ist es ausreichend, wenn wenigstens eine der Flachfilterlagen
abgestützt ist, vorzugsweise die zweite dem Ausgangsstutzen benachbarte
Flachfilterlage. Dabei kann der Auslaßstutzen selbst als Filterunterstützung ausgebildet
sein.
Die Adsorberpartikel werden je nach Adsorptionsaufgabe ausgewählt. Häufig wird
Aktivkohle eingesetzt. Aktivkohlepartikel haben üblicherweise eine spezifische innere
5 Oberfläche von 500 bis über 2000 m2/g (BET-Bestimmungsmethode). Sie ist dadurch in
der Lage eine große Anzahl von Stoffen unspezifisch dauerhaft oder reversibel zu
binden. Da aber auch die äußere Oberfläche der Aktivkohleteilchen die Adsorptionkinetik beeinflußt, wird Aktivkohle mit einer Korngröße zwischen 0,7 und 1,5
mm bevorzugt eingesetzt.
Die Schüttung sollte zur Gewährleistung einer ausreichenden Adsorption im
Gehäuseraum eine Höhe (Adsorptionslänge) von wenigstens 1,5 cm aufweisen.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren und des Ausführungsbeispiels näher
erläutert.
Dabei zeigen die
Dabei zeigen die
Fig. 1 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine Ausfuhrungsform einer
erfindungsgemäßen Filtrationseinheit mit durchgehender
Gehäuseverjüngung,
Fig. 2 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausfuhrungsform
einer erfindungsgemäßen Filtrationseinheit mit zwei sich verjüngenden
Abschnitten im Gehäuse und
Fig. 3 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine alternative Ausführungsform
Fig. 3 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Filtrationseinheit mit Filterlagen
unterschiedlicher Größe.
25
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Gemäß der Figuren 1 bis 3 besteht die Filtrationseinheit 1 besteht aus einem Gehäuse 2 ,
das stirnseitig gegenüberliegend mit einem Einlaßstutzen 3 und einem Auslaßstutzen 4
versehen ist. Die Stutzen 3, 4 sind vom Gehäuseraum 5 durch eine erste 6 und eine
zweite sie überdeckende Flachfilterlage 7 getrennt. Der Gehäuseraum 5 enthält eine
Schüttung von Adsorberpartikeln 8. Der Gehäuseraum 5 ist in der Fig. 1 als Kegelstumpf, in der Fig. 2 mit zwei sich verjüngenden als Kegelstumpf ausgebildeten
Abschnitten und in der Fig. 3 als Zylinder ausgebildet. Die erste Flachfilterlage 6 ist in
der Figur 1 beidseitig, in den Figuren 2 und 3 einseitig abgestützt. Dabei dienen zum
• ·
einen Stege von Fluidverteilungskanälen 9, die auf der der Flachfilterlage 6 zugewandte
Fläche des Einlaß stutzen 3 aufgebracht sind, als Filterunterstützung und zum anderen ist
gemäß der Figur 1 zusätzlich auf der Seite der Flachfilterlage 6, die dem Gehäuseraum 5
zugewandt ist, eine zusätzliche Filterunterstützung 10, beispielsweise in Form eines
Gitters, Gewebes oder Vlieses eingebracht. Analog dienen Stege von Fluidsammelkanälen 11 des Auslaßstutzens 4 als Filterunterstützung.
Gemäß der Figur 3 ist die aktive Filterfläche der ersten eingangsseitig angeordneten Flachfilterlage 6 um mindestens 5 % geringer als die aktive Filterfläche der zweiten ausgangsseitig angeordneten Flachfilterlage 7.
Gemäß der Figur 3 ist die aktive Filterfläche der ersten eingangsseitig angeordneten Flachfilterlage 6 um mindestens 5 % geringer als die aktive Filterfläche der zweiten ausgangsseitig angeordneten Flachfilterlage 7.
Die Filtrationseinheit 1 kann in beiden Richtungen betrieben werden. Für den Erfolg der
Filtration ist es unerheblich, in welcher Lage sie benutzt wird.
Eine gemäß der Figur 1 gefertigte und mit 0,2 &mgr;&pgr;&igr; PTFE-Membranen ausgestattete
Filtrationseinheit (aktive erste Membranfläche 5,5 cm2, aktive zweite Membranfläche 1,4
cm2 ), die über eine Schüttung von 2,5 g Aktivkohle der Korngröße 0,7 bis 1,5 mm der
Fa. Adako-Pica verfugt, weist einen Durchfluß für Luft als Fluid von 2000 ml pro
Minute bei einer Druckdifferenz von 0,1 bar auf.
Claims (12)
1. Als Disposable ausgebildete Filtrationseinheit (1) zur Entfernung von
Schadstoffen aus Fluiden bestehend aus einem Gehäuse (2), das stirnseitig gegenüberliegend mit einem Einlaß- (3) und einem Auslaßstutzen (4) versehen ist, wobei
die Stutzen (3, 4) vom Gehäuseraum (5) durch sie überdeckende Flachfilterlagen (6, 7)
getrennt sind, und der Gehäuseraum (5) eine Schüttung von Adsorberpartikeln (8) enthält derart, daß das zu filtrierende Fluid bestimmungsgemäß den Einlaßstutzen (3), die
erste Flachfilterlage (6), die Adsorberpartikel (8), die zweite Flachfilterlage (7) und den
Auslaßstutzen (4) passieren muß,
der Gehäuseraum (5) zwischen 97 und 99 % mit den Adsorberpartikeln (8) gefüllt und
zumindest in einem Abschnitt verjüngend ausgebildet ist derart, daß sich sein Volumen
durch die Verjüngung um wenigstens 5 %, vorzugsweise um wenigstens 10 % reduziert
im Vergleich zum Volumen eines Gehäuseraums (5) ohne eine derartige Verjüngung, die
Flachfilterlagen (6, 7) zentralsymmetrisch zueinander angeordnet sind und zumindest die
zweite Flachfilterlage (7) als Membran mit einem Porengrößenbereich von 0,2 bis 0,5 &mgr;&idiagr;&eegr;
ausgebildet ist, um Mikroorganismen und Abrieb der Adsorberpartikel zurückzuhalten.
2. Filtrationseinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
dadurch gekennzeichnet, daß
der Gehäuseraum (5) im sich verjüngenden Abschnitt als Kegelstumpf oder als
Pyramidenstumpf ausgebildet ist.
3. Als Disposable ausgebildete Filtrationseinheit (1) zur Entfernung von
Schadstoffen aus Fluiden bestehend aus einem Gehäuse (2), das stirnseitig gegenüberliegend mit einem Einlaß- (3) und einem Auslaßstutzen (4) versehen ist, wobei
die Stutzen (3, 4) vom Gehäuseraum (5) durch sie überdeckende Flachfilterlagen (6, 7)
getrennt sind, und der Gehäuseraum (5) eine Schüttung von Adsorberpartikeln (8) enthält derart, daß das zu filtrierende Fluid bestimmungsgemäß den Einlaßstutzen (3), die
erste Flachfilterlage (6), die Adsorberpartikel (8), die zweite Flachfilterlage (7) und den
Auslaßstutzen (4) passieren muß,
der Gehäuseraum (5) zwischen 97 und 99 % mit den Adsorberpartikeln (8) gefüllt ist,
die Flachfilterlagen (6, 7) zentralsymmetrisch zueinander angeordnet sind und sich die
erste von der zweiten Flachfilterlage in ihrer Größe um wenigstens 5 %, vorzugsweise
um wenigstens 10 % unterscheidet und mindestens die zweite Flachfilterlage (7) als
Membran mit einem Porengrößenbereich von 0,2 bis 0,5 &mgr;&pgr;&igr; ausgebildet ist, um
Mikroorganismen und Abrieb der Adsorberpartikel zurückzuhalten.
4. Filtrationseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flachfilterlagen (6, 7) für die Entfernung von Schadstoffen aus Gasen aus
hydrophoben Membranen bestehen.
5. Filtrationseinheit nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
dadurch gekennzeichnet, daß
die hydrophoben Membranen aus Polytetrafluorethylen bestehen.
6. Filtrationseinheit nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Flachfilterlagen (6, 7) für die Entfernung von Schadstoffen aus wässrigen Lösungen
aus hydrophilen Membranen bestehen.
7. Filtrationseinheit nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
dadurch gekennzeichnet, daß
die hydrophilen Membranen Membranadsorber darstellen.
25
8. Filtrationseinheit nach den Ansprüchen 1, 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste den Einlaßstutzen überdeckende Flachfilterlage einen größeren
Porendurchmesser besitzt als die zweite Flachfilterlage. 30
9. Filtrationseinheit nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß
wenigstens eine der Flachfilterlagen (6, 7) ein- oder beidseitig abgestützt ist.
10. Filtrationseinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Auslaßstutzen (4) als Filterunterstützung (11) ausgebildet ist.
5
11. Filtrationseinheit nach den vorstehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorberpartikel (8) aus Aktivkohle bestehen.
12. Filtrationseinheit nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivkohle (8) eine Korngröße zwischen 0,7 und 1,5 mm hat und der Gehäuseraum
(5) eine Länge von wenigstens 1,5 cm aufweist.
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