DE3316043A1

DE3316043A1 - Kleinfilter fuer die gasfiltration

Info

Publication number: DE3316043A1
Application number: DE3316043A
Authority: DE
Inventors: Massoud Dr.Sc.Agr. Dr. Karbachsch; Horst Dipl.-Chem. Dr. Perl; Günter 3400 Göttingen Pradel; Fritz 3404 Adelebsen Reulecke
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1983-05-03
Filing date: 1983-05-03
Publication date: 1984-11-08
Also published as: FR2545376A1; GB2140706A; GB2140706B; GB8410652D0; US4529419A; JPS59206027A; FR2545376B1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Kleinfilter nach dem Oberbegriff deä Hauptanspruches. Derartige Kleinfilter mit einer hydrophoben Filtermembran dienen zur Be- und Entlüftung von geschlossenen Eehältnissen sowie Schlauch- und Rohrsystemen, die teilweise mit Flüssigkeit gefüllt sind. Derartige Gasfilter sollen den Gasaustausch zwischen dem Eehältnis und der umgebenden Atmosphäre unter Sterilbedindungen ermöglichen. Die auszutauschenden Volumina sind relativ klein, so daß die Filter selbst von kleiner Baugröße sind und die kreisrunden Flachfilterzuschnitte Durchmesser von 12 bis 100 mm aufweisen. Der Aufbau derartiger Filtereinheiten ist in der Regel durch zwei Kunststoffgehäuseteile realisiert, die jeweils einen Einlaß bzw. Auslaß und eine unterbrochene Filterabstützung aufweisen, deren Freiräurae mit dem Einlaß bzw. Auslaß verbunden sind. Zwischen umlaufenden Flanschen der beiden Gehäuseteile ist eine hydrophobe Filtermembran in Form eines Flachfilterzuschnittes an ihrer Peripherie leckdicht eingeklemmt. Die beiden Gehäuseteile sind an ihren Rändern zu einer Einheit verklebt oder verschweißt.

Derartige Gasfilter sind entweder gemäß US-PS 3 448 011, DE-OS 2 549 835 und DE-GM 8 108 010.7 in ein anderes Filtergehäuse integriert, welches zur Filtration von Flüssigkeiten dient oder aber der Gasfilter ist gemäß DE-OS 3 202 330 als separates, aufsteckbares Bauteil ausgebildet, welches mittels genormter Verbindungsadapter mit Schlauchsystem oder Filtereinheiten verbindbar ist.

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Für derartige Kleinfilter, sei es für die Filtration von Flüssigkeiten oder sei es für die Filtration von Gasen, wurden die verschiedensten Filterunterstützungen entwickelt, um eine möglichst optimale Filtrationsleistung zu erreichen. Die für die reine Flüssigkeitsfiltration entwickelten Filterunterstützungen, die mit einer hydrophilen Filtermembran belegt sind, sind in der Regel auch geeignet für die Filtration von Gasen, wenn die Filterunterstützung mit einer hydrophoben Filtermembran belegt ist. Schwierigkelten treten nur dann auf, wenn der Flüssigkeitsspiegel des zu belüftenden oder zu entlüftenden, teilweise gefüllten Flüssigkeitsreservoirs kurzzeitig bis in die Ebene der Filterunterstützung bzw. direkt bis In die Ebene der hydrophoben Membran ansteigt und die Freiräume der Filterunterstützung ausfüllt. Dies kann dann passieren, wenn beispielsweise die Flüssigkeit in Filtergehä'usen nach dem Stand der Technik gemäß DE-GM 8l 08 010.7 und DE-OS 2 5^9 835 in die Filterunterstützung schwappt oder wenn in geschlossenen Schlauchsystemen, die mit medizinischen Lösungen, z.B. Infusionslösung oder Blut gefüllt sind, durch sich ändernde Druckverhältnisse im Leitungssystem bis in die Filterebene des hydrophoben Filters ansteigen. Hierbei besteht die Gefahr, daß die hydrophobe Membran blockiert wird und die kurzzeitige Blockade dauerhaft bleibt, da aufgrund der Konstruktion der Filterunterstützung die eingeschlossene Flüssigkeit zumeist aufgrund von Kapillarkräften nicht die Freiräume der Filterunterstützung verlassen kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei Klein-

filtern der eirpangs genannten Bauart mit einfachen Mitteln

ein Blockieren des Filterelementes zu verhindern bzw. die

Entlüftungseigenschaften auch dann zu erhalten, wenn der

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hydrophobe Plachfilterzuschnitt zeitweise und partiell von Flüssigkeit benetzt ist und vorzugsweise eine vollständige und dauernde Benetzung möglichst von vornherein auszuschließen oder zu erschweren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die erfindungsgemäß gestaltete Form der Filterunterstützung, ihrer Freiräume und der Verbindungskanäle zum Gasraum des Flüssigkeitsreservoirs wird von vornherein ein sich Füllen der Freiräume mit Flüssigkeit verhindert, wenn das büchsenförmige Filtrationsgerät mit der eingeschlossenen Flüssigkeit und dem integrierten Gasfilter nach laborüblichen Methoden vorsichtig geschwenkt wird, um beispielsweise den Büchseninhalt gleichmäßig zu durchmischen. Ist jedoch tatsächlich unter Extrembedingungen oder durch unsachgemäße Handhabung des Filtergerätes Flüssigkeit bis in die Ebene der hydrophoben Membran vorgedrungen, so sorgt die zwischen den beiden Filterabstützungen bewegliche Membran mit ihrer Pumpbewegung bei wechselnden Drücken für eine Entleerung der Freiräume der unteren Filterabstützung, so daß eine Entlüftung und Belüftung auch unter Extrembedingungen gewährleistet ist.

Der Erfindungsgedanke ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

F¹Ig- 1 einen Vertikalschnitt durch einen dreiteiligen, separaten Kleinfilter zur Gasfiltration nach der Schnittlinie 1-1 in Fig. 3,

Flg. 2 einen Vertikalschnitt durch einen in ein größeres Filtergehäuse integrierten Kleinfilter zur Ee- und

Entlüftung einer geschlossenen Filterbüchse nach der Schnittlinie 2-2 in Fig. 3,

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Pig. 3 eine.-.Draufslcht auf die dem Gas/Plüssigkeltsreservoir abgewandte und zugeordneten Pilterunterstützung bei entferntem Filterzuschnitt und Gehä'useoberteil nach der Schnittlinie 3 in Fig. 1 und 2 und 5

Fig. 4 eine verkleinerte Ansicht einer Filterbüchse gemäß Fig. 2 als Anwendungsbeispiel für den Kleinfilter.

Gemäß Fig. 1 und 2 besteht das Gehäuseoberteil 12 mit einem Gaseinlaß/Gasauslaß 12' aus einem einstückigen Kunststoffformteil, dessen der Filtermembran 10' zugewandte Seite eine Vielzahl von Stegen 28 aufweist, die die eigentliche Filterunterstützung bilden und eine Vielzahl von Freiräumen 29 aufweist, die mit dem Einlaß/Auslaß 12' verbunden sind. Die

15' den Flachfilterzuschnitt 10' abstützende Filterabstützung ist insgesamt in bezug auf die planare Ebene und in sich geschlossene Fläche der unteren Filterabstützung 31 des Gehäuseunterteiles 9 bzw. 6 meniskusförmig (konkav) gewölbt, so daß der Plachfilterzuschnitt 10', der sandwichartig zwischen umlaufenden Flanschen 34, 34' der beiden Gehäuseteile 12, 9 bzw. 6 eingeklemmt 1st, zwischen beiden Filterabstützungen 28, 31 axial beweglich ist. Der Plachfilterzuschnitt 10' kann also in Abhängigkeit von den wechselnden Druckverhältnissen eine Art pumpende Bewegung zwischen beiden Filterabstützungen 28, 31 durchführen. Die beiden Gehäuseteile 12, 9 bzw. 12, 6 sind an ihrer Peripherie an einem hochstehenden Kragen 35' bzw. 35 durch Klebung oder Ultraschallverschweißung miteinander leckdicht verbunden.

Das Gehäuseunterteil 9 gemäß Fig. 1 bzw. die Gehäusedecke 6 des büchsenförmigen Filtergerätes 5 gemäß Flg.2,4 weist in bezug auf das Gehäuseoberteil 12 eine konzentrische kleine Durchbrechung 27'' bzw. 27' auf, die in Abhängigkeit von der Viskosität der Flüssigkeit F im Flüssigkeitsreservoir H so bemessen ist, daß nur ein relativ kleiner Flüssigkeitstropfen F' diese Durchbrechung 27'' bzw. 27' ausfüllen kann, wie dies in Fig. 2 angedeutet ist, wenn durch Schütteln der

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Flüssigkeit P Spritzer an die Gehäusedecke 6 bzw. in den Stutzen 9' gelangen. Legt man bei der Flüssigkeit P eine wässrige Infusionslösung zugrunde, so beträgt der Durchmesser dieser Durchbrechung 27' bzw. 27'' vorzugsweise 2 mm auf eine Gesamtlänge von 2 mm.

Die eigentliche Pilterunterstützung 31 bildet eine planare ebene Fläche und ist lediglich durch einen einzigen Ringkanal 33 im Bereich der Peripherie des Flachfilter-Zuschnittes 10' und durch mindestens einen Stichkanal 32 unterbrochen, der die Verbindung zwischen dem Ringkanal und der Durchbrechung 27' bzw. 27'' mit dem Sammelkanal herstellt. Wie in Pig. 3 ersichtlich ist, ist die Pilterunterstützung 31 von vier Stichkanälen 32 unterbrochen, die die Filterunterstützung 31 kleeblattartig in vier Ringsegmente aufteilen.

Der Sammelkanal 27', 27'' endet praktisch auf, der Kanalsohle am Eingang 30 der Stichkanäle 32, die am Eingang 30 ausgehend von 1 mm zum Ringkanal 33 hin sich je nach Filterdurchmesser auf 3 bis 10 mm verbreitern. Bei einem Gesamtdurchmesser des Filters von 25 mm fällt die Kanalsohle von 0,5 mm ausgehend zum Ringkanal 33 hin auf 1,3 mm hin ab. Auch hier wurden die Parameter auf die Viskos!- tat einer wässrigen Lösung bezogen.

Die Stichkanalsohle liegt im Bereich des Sammelkanals 27', 27'' etwa 0,3 bis 0,8 mm vorzugsweise 0,5 mn unterhalb der Filterabstützungsebene und fällt ab und vertieft sich zum Ringkanal 33 hin auf 1,1 bis 1,6 mm vorzugsweise auf 1,3 mm. Bei einem Gesamtdurchmesser von 25 mm ist der Ringkanal mindestens 2 mm breit und 1,3 mm tief. Der in den Sammelkanal 27', 27'' mündende Eingang 30 der Stichkanäle ist

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enger ausgebildet als die öffnung des Sammelkanals 27', 27'' in diesem Bereich und ist enger als der Durohmesser (viskositätsabhängig) eines Flüssigkeitstropfens I<" aus dem Flüssig- reservoir. Der Scheitelpunkt der konkav gewölbten Filtorabstützung 28 des Gehäuseoberteiles 12 liegt in bezug auf den auf der unteren Fllterabstützung 31 aufliegenden Flachfilterzuschnitt 10' etwa 0,5 bis 2 mm über diesem und im Randbereich liegt die obere Filterabstützung 28 0,1 mrn bis 0,2 mm über der Ebene des Flachfilterzuschnittes 10'.

Gemäß Fig. 1 und 2 ist der Flachfilterzuschnitt 10' an der oberen Filterabstützung anliegend dargestellt. Dieser Fall tritt ein, wenn der Gasdruck im Stutzen 9' bzw. Im Gas-Flüssigkeitsreservoir 4 gemäß Fig. 2 größer ist als der Gasdruck in dem Anschlußstutzen 12' bzw. der umgebenden Atmosphäre. Ein solcher Zustand tritt beispielsweise ein, wenn das große Filtergehäuse 5 gemäß Flg. 2,4 bei geschlossenem Auslaßstutzen 12' mit Druck beaufschlagt wird, um die Flüssigkeit F möglichst schnell durch die hydrophile Filtermembran 19 Im Gehäuseboden 14 zu pressen. Der Flachfilterzuschnitt 10' legt sich dagegen an die untere planare Filterabstützung 31 an, wenn bei geöffneten Stutzen 12' die Flüssigkeit F durch eine im Gehäuseboden 14 am Auslaß 16 angeschlossene Vakuumquelle durch die Filtermembran 19 gesaugt wird.

Sollte tatsächlich ein oder mehrere Tropfen F' in die Freiräume 32, 33 vordringen, so wird der Flüssigkeitstropfen F' an den Stichkanaleinlässen 30 aufgeteilt und in den Stichkanälen 32 und den Ringkanal 33 verteilt, ohne daß die Gesamtfläche des Flachfilterzuschnittes 10' durch den zerteilten Flüssigkeitstropfen F' benetzt wird oder stellenweise benetzt bleibt. Es bleiben also immer Regionen des Flachfilterzuschnittes 10' im Bereich der Freiräune 27',27'', 32 und 33 aber auch im Bereich der eigentlichen planaren FiI-terunterstützung 31 frei von Flüssigkeit, so daß die bestimmungsgemäße Aufgabe der hydrophoben Filtermembran 10' auch unter Extrembedingungen gesichert ist.

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Claims

Sartorius GmbH Akte SM 8305 Weender Landstraße 9^-108 Kö/kl D-340O Göttingen Kleinfilter für die Gasfiltration Ansprüche:

1. Kleinfilter aus zwei Miteinander verbundenen Kunststoffgehäuseteilen und einem sandwichartig dazwischen angeordneten hydrophoben Plachfilterzuschnitt für Gasfiltration, insbesondere zum Gasaustausch zwischen einem mit Flüssigkeit teilweise gefüllten Behältnis (Flüssigkeitsreservoir) und der umgebenden Atmosphäre (Gasreservoir) bei dem:

a) ein Gehäuseoberteil eine integrierte, unterbrochene Filterabstützung aufweist, deren Freiräume in einem Gaseinlaß/Auslaß des Gehäuseoberteils münden,

b) ein Gehäuseunterteil eine integrierte, unterbrochene Filterabstützung aufweist, deren Freiräume in einem Sammelkanal münden, welcher etwa rechtwinklig zur Filterunterstützung verläuft und im Gasraum des Flüssigkeitsreservoirs mündet,

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c) ein hydrophober Flachfilterzuschnitt als selektiv permeable Scheidewand zwischen Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil an seiner Peripherie leckdicht mit diesen verbunden bzw. zwischen diesen eingeklemmt ist, wobei der Flachfilterzuschnitt je nach Richtung des Druckgefälles sich an der einen oder anderen Filterabstützung anlegt,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

dl) die Filterunterstützung (31) des Gehäuseunterteiles (6,9) bildet eine planare Ebene und geschlossene Fläche und die Freiräume der Filterabstützung sind durch einen einzigen Ringkanal (33) von mindestens 2 mm Breite im Bereich der Peripherie des Flachfilterzuschnittes (10·) und durch mindestens einen Stichkanal (32) gebildet, der den Ringkanal (33) mit dem Sammelkanal (27', 27'') verbindet,

d2) der Stichkanal (32) verbreitert sich von der Sammelkanalmündung ausgehend von 0,5 mm bis 2 mm - vorzugsweise, von 1 mm - zum Ringkanal (33) hin bei einem Filterdurchmesser bis 100 mm auf 3 bis 10 mm - bei einem Filterdurchmesser bis 25 mm vorzugsweise auf 3 mm,

d3) die Stichkanalsohle liegt im Bereich des Sammelkanals (27', 27'') etwa 0,3 bis 0,8 mm - vorzugsweise 0,5 mm - unterhalb der Fiiterabstützungsebene und fällt ab und vertieft sich zum Ringkanal (33) hin auf 1,1 mm bis 1,6 mm - vorzugsweise auf 1,3 mm,

d4) die Durchlaßöffnung des Sammelkanals (27',27") verengt sich von seiner breiten, zum Flüssigkeitsreservoir (4) zugewandten Basis aus unmittelbar im Bereich der Filterabstützung (31) des Gehäuseteils (6, 9) auf einer Länge von 0,5 mm bis 3 mm - vorzugsweise von 2 mm - auf einen Durchmesser von 0,5 mm bis 4 mm - vorzugsweise auf 2 mm.

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2. Kleinfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (33) eine Breite von mindestens 2 bis 4 mm hat.

3. Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß z^ei diametral gegenüberliegende Stichkanäle (32) die Pilterabstüwzung (31) in zwei Sektoren bzw. Ringsegmente aufteilen.

4. Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pilterabstützung (3D durch drei oder vier Stichkanäle (32) kleeblattartig in drei, oder vier Ringsegmente mit im Zentrum angeordneten Sammelkanal (27',27'') aufgeteilt ist.

5. Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützungsebene der Pilterabstützung (28) im Gehäuseoberteil (12) in bezug auf die planare Pilterabstützung (3D des Gehäuseunterteiles (6, 9) meniskusförmig (konkav) gewölbt ist und in Scheitelpunkt in bezug auf den auf der unteren Pilterabstützung (31) aufliegenden Flachfilterzuschnitt (10¹) etwa 0,5 bis 2 mm über diesem liegt und im Randbereich der Abstützung (28) dicht über oder in der Ebene des Flachfilterzuschnittes liegt.

6. Kleinfilter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Sammelkanal (27',27'^f) mündende Eingang (30) der Stichkanäle (3D enger ausgebildet ist als die öffnung des Sammelkanals (27',27'*) in diesem Bereich und enger ist als der Durchmesser (viskositätsabhängig) eines Flüssig keitstropfens (F') aus dem Flüssigkeitsreservoir

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