NO803064L - Membranfilterenhet. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en filterkonstruksjon av den i den innledende del av krav 1 angitte type, hvor det anvendes én eller flere mikroporøse membraner til filtrering av fluider, særlig medisinske fluider, såsom parenterale opp-løsninger og liknende. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en membranfilterkonstruksjon som er utstyrt med organer til understøttelse av membranene mot utbøyning eller spennings-påvirkning.

Mikroporøse filtermembraner med meget liten porestørrelse,

ofte mindre enn ca. 1 pm, har vært anvendt i stor utstrekning på det medisinske område for fjerning av mikroskopiske partikler fra medisinske fluider, såsom parenterale oppløsninger. Disse filtre anvendes ofte i intravenøse administreringsutstyr for å frembringe en endelig filtrering før oppløsningen administreres til pasienten. Som eksempler på de mange membran-filterkonstruksjoner som er kjent på det medisinske område, kan det henvises til ett eller flere følgende US-patentskrifter: 3.523.408, 3.631.654, 3.650.093, 3.803.810, 3.854.907, 3.954.623, 4.004.587, 4.009.714, 3.149.758, 3.778.971, 3.506.130, 3.905.905 samt 4.009.715. Videre kan det henvises til fransk patentskrift 2.314.753 og til britisk patentskrift 1.221.625.

På grunn av at de mikroporøse membraner som anvendes i slike filtre vanligvis er meget tynne og skrøpelige, er det ofte nødvendig å treffe forholdsregler for å hindre for kraftig utbøyning eller strekning av membranen, noe som kan forårsake brudd, rifter eller annen svikt i membranen. Dette er særlig tilfellet i filterkonstruksjoner som fra tid til annen kan utsettes for forholdsvis høye trykk, f.eks. ved injeksjon av medikament i administreringsutstyret fra en injeksjonssprøyte, som kan frembringe trykk på opp til ca. 10 kp/cm 2. Dessuten kan pumper for intravenøst fluidum, som blir stadig viktigere i for-

bindelse med parenteral ernæringsterapi, også være i stand til å frembringe forholdsvis høye trykkforskjeller over en filtermembran i fluidumadministreringsbanen.

For å hindre membransvikt under de ovenfor beskrevne forhold har filterkonstruksjoner ofte vært utstyrt med en støtte-anordning, som er innrettet til å hindre enhver utbøyning av membranen eller i det minste til å redusere utbøyningen til det minst mulige. Det kan f.eks. henvises til filteret ifølge US-patentskrift (amerikansk patentsøknad 016.027) hvor det anvendes en støtteskjerm og underliggende ribber for å for-sterke filtermembranen. Selv om dette kjente filter funksjonerer tilfredsstillende, er det nødvendig med ekstra monteringstrinn i forbindelse med støtteskjermen. Dessuten kan behovet for en støtteanordning begrense størrelsen på den membran som anvendes i konstruksjonen, noe som begrenser væskegjennomstrømningen i filterkonstruksjonen.

Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en filterkonstruksjon av typen med mikroporøs membran, som kan motstå forholdsvis høye trykk uten fare for brudd eller rifter i membranen som følge av kraftige utbøyninger eller

spenninger.

Det er også et formål med oppfinnelsen å frembringe en slik filterkonstruksjon som ikke krever en komplisert eller kom-pleks støtteanordning til forsterkning av membranen mot høye trykk.

Videre er det et formål med oppfinnelsen å frembringe

en filterkonstruksjon som er lettvint å fremstille og er forholdsvis rimelig.

Et ytterligere formål med oppfinnelsen er å frembringe en filterkonstruksjon som kan motstå høye trykk, men som likevel danner et forholdsvis stort filteroverflateareal for en høy volumstrøm av væske gjennom filterkonstruksjonen.

Filterkonstruksjonen ifølge oppfinnelsen ér kjennetegnet

ved det som er angitt i karakteristikken i krav 1.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i den etterfølgende beskrivelse av en foretrukket utførelsesform under henvisning til den medfølgende tegning, hvor: Fig. 1 viser et planriss av en filterkonstruksjon ifølge oppfinnelsen, vist delvis atskilt og delvis i snitt. Fig. 2 viser et riss, delvis i snitt, av filterkonstruksjonen i fig. 1 i samlet tilstand og med en membranbærende innsats sett i planriss. Fig. 3 viser et vertikalt snitt etter linjen 3-3, som er lengdeaksen for den samlete filterkonstruksjon i fig. 2, hvorved det vises væske under normale trykk, som passerer gjennom filterkonstruksjonen. Fig. 4 viser et vertikalt snitt etter linjen 4-4 i fig. 3. Fig. 5 viser et vertikalt snitt etter filterkonstruksjonens lengdeakse når det foreligger en forholdsvis høy trykkforskjell over filtermembranen. Fig. 6 viser et vertikalt snitt etter linjen 6-6 i fig. 5.

Den foreliggende oppfinnelse inngår i en filterkonstruksjon 10 hvor det anvendes i det minste én mikroporøs filtermembran 12 som væske må passere gjennom når den beveger seg mellom et innløp 14 og et utløp 16 i filterkonstruksjonen.

Ifølge oppfinnelsen er en støtteflate med samme utstrekning atskilt et lite stykke fra filtermembranen 12 for å tillate væske å strømme mellom støtteflaten og membranen under normale væsketrykk, men membranen hindres i å bli utbøyet forbi dens elastisitetsgrense under trykk, som er høyere enn normalt.

Dette er klart i motsetning til kjente forsterkete filtre, idet membranen bevisst tillates å bøye eller strekke seg hen over det lille mellomrom mellom membran og støtteflate,.idet mellomrommet ligger innenfor membranens elastisitetsområde. Under høyt trykk vil membranen således hvile så å si fullstendig mot støtte-flaten, som er stort sett plan og hindrer ytterligere utbøyning.

I den foretrukne utførelsesform, og slik det best fremgår av fig. 3-6, inneholder filterkonstruksjonen 10 en andre mikro-porøs membran som ligger tett opp til membranen 12 og i parallelt strømningsforhold til denne. Under normalt trykk kan et forholdsvis stort volum av filtrerende væske således strømme gjennom de overfor hverandre liggende membraner til utløpet 16, som kommuniserer med mellomrommet mellom membranene, men når det opptrer høyere trykk, vil begge membraner bøye eller strekke seg gjennom halvdelen av den lille avstand mellom membranene inntil de hviler så å si fullstendig mot hverandre, slik at hver av dem danner en støtteflate av samme utstrekning for den annen membran og hindrer enhver ytterligere utbøyning. Dessuten er boblepunktet for de vanligvis hydrofile filtermembraner fortrinns vis høyere enn de høye trykk som kan opptre, for å hindre at gass eller luft passerer gjennom filtermembranene og til pasienten.

Det vil nå bli gitt en mer detaljert beskrivelse av den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen. Som vist på tegningen kan en filterkonstruksjon ifølge oppfinnelsen være konstruert av tre deler som er lettvinte å samle, nemlig et langstrakt ytre hylster eller hus 12, en filterpatron eller innsats 22

som kan innføres gjennom en åpen ende av hylsteret, samt et lokk 24 for å lukke og forsegle det ytre hylsters åpne ende. Det ytre hylster, innsatsen og lokket er fortrinnsvis støpt

av plastmateriale og kan være fremstilt av et vilkårlig materiale, f.eks. akryl- eller celluloseplast, med tilstrekkelig styrke til å motstå de opptredende trykk, som kan være opp til

2

10 kp/cm eller mer.

Hylsteret 20 har en langstrakt og stort sett rektangulær tverrsnittsform med topp- og bunnvegger 16 og 28 og sidevegger 30 og 32. Hylsteret er åpent i den ene ende for å kunne oppta

innsatsen 22, og hylsteret er lukket i den annen ende av en endevegg 36. Et spor 34 er anordnet langs innersiden av hver

av sideveggene 30 og 32 for at innsatsens kanter kan opptas innskyvbart i dette. En fremspringende sylindrisk stuss 38

er anordnet innvendig på endeveggen 36 og har en sylindrisk åpning 40 for tettsluttende opptakelse av innsatsens 22 utløp 16.

Hylsterets 20 åpne ende er lukket av det separate lokk 24, som inneholder innløpet 14, som er utformet i ett med lokket og som kommuniserer med det indre av det for øvrig forseglete hylster. To plastben 42 rager ut fra lokkets innerside og er innrettet til å trykke mot innsatsen 22 for å holde utløpet tett innpasset i den sylindriske åpning 40. En elastisk O-tetnings-ring 44 rundt utløpet 16 bidrar til å oppnå en bedre tetning mot overflaten i åpningen 40, men utløpet 16 vil også kunne være forseglet inne i åpningen 40 ved anvendelse av løsnings-middelsbinding, ultralyd sveising eller liknende.

Filterpatronen i innsatsen 22 omfatter en indre ring eller sløyfe 46 av tynt plastmateriale og fortrinnsvis med oval form, og hvor filtermembranene 12 og 18 ligger parallelle og festet langs omkretsen til en plan monteringsflate på hver side av ringen. Utløpet 16 kommuniserer med det trange mellomrom mellom membranene gjennom ringens ene ende. Ringens tykkelse kan varieres avhengig av materialet i filtermembranene 12 og 18, slik at de parallelle membraner kan strekke eller bøye seg til en stilling hvor de gjensidig støtter hverandre, uten å over-skride deres elastisitetsgrense, noe som vanligvis vil si at hver membran strekkes eller utbøyes halvdelen av innsatsens eller ringens tykkelse. Dessuten er ringens innvendige kant glatt avrundet ved 4 8 for å være tilpasset til de utbøyde membraner, slik at det ikke oppstår ekstra spenninger eller spen-ningskonsentrasjoner i membranene.

Som nevnt ovenfor bevirker anvendelsen av de to mikro-porøse filtermembraner 12 og 18 som er anbrakt i et parallelt strømningsarrangement, analogt til en parallell elektrisk strøm-krets, hvor væsken deles slik at den passerer gjennom den ene eller den annen av membranene og deretter kombineres igjen i rommet mellom membranene før utstrømningen gjennom utløpet 16, et forholdsvis stort filteroverflateareal for en høy væske-volumstrøm gjennom filterkonstruksjonen. Hver av filtermembranene som anvendes i konstruksjonen har stort sett samme

dimensjoner og porestørrelse, idet porestørrelsen skal være tilstrekkelig liten til å fjerne partikler fra den filtrerende væske. Vanligvis vil middelporestørrelsen for filtermembranene være vesentlig mindre enn 1 pm og vil fortrinnsvis ligge i intervallet 0,05-0,15 pm.

Filtermembraner av den ovenfor beskrevne type til filtrering av væsker er vanligvis av hydrofil natur. Dette vil si at når membranene er gjort våte av den filtrerende væske, blir de stort sett ugjennomtrengelige for gassbobler som kan være medført i strømmen. Det såkalte "boblepunkt" er et mål for en membrans motstand mot gjennomgang av gassbobler. Boblepunktet er avhengig av flere forskjellige faktorer, innbefattet membran-materialet og porestørrelsen, men i relasjon til den foreliggende oppfinnelse defineres "boblepunktet" generelt som det fluidumtrykk hvor gassbobler kan tvinges gjennom en våt hydrofil membran. For hydrofile membraner med porestørrelser i det ovenfor angitte intervall kan boblepunktet ligge i intervallet 10-17 kp/cm 2 . Utvelgelsen av en membran ' med et boblepunkt som ligger over de forbigående høye trykk som kan opptre i et administreringsutstyr, har den vesentlige fordel at luft eller gassbobler, som blir medført i strømmen, hindres i å passere til pasienten, også når det inntrer en forbigående høytrykkstilstand. I den foretrukne utførelsesform er de hydrofile membraner 12 og

18 forseglet på hver sin side av innsatsen 22, hvorved membranene er svakt atskilt i både et geometrisk og et strømningsmessig parallelt arrangement. I et aspekt ved oppfinnelsen er materialet i filtermembranene valgt til å ha en elastisitetskoeffisient, som er tilstrekkelig høy til å hindre at membranene utbøyes til den i fig. 5 og 6 viste gjensidig støttende stilling under normale væsketrykk på 0-1,5 kp/cm 2, men som er tilstrekkelig lav til å tillate at filtermembranene strekker

eller bøyer seg til den gjensidig støttende stilling når det inntrer et bestemt høyt trykk, f.eks. på 7 kp/cm 2, som kan opp-stå under en sprøyteinjeksjon.

Sammen med valget av et materiale med den ønskete elasti-si tetskoeffisient må avstanden mellom membranene 12 og 18, dvs. innsatsens 22 tykkelse, velges slik at de spenninger i lengde-og sideretningene, som utøves på membranene når disse bøyer

eller strekker "seg til den gjensidig støttende stilling midt

mellom membranene, ikke overskrider det valgte materialets elastisitetsgrense. Når det inntrer forbigående høytrykkstil-stander, vil membranene 12 og 18. således utbøyes litt til den gjensidig støttende stilling som hindrer ytterligere utbøyning, og etter at det høye trykk er forsvunnet, vil membranene

vende tilbake til den atskilte stilling.

Et eksempel på en hydrofil mikroporøs membran som kan anvendes i forbindelse med oppfinnelsen, er fremstilt av blan-dete estre av cellulose og har en middelporestørrelse på 0,1 um, et boblepunkt på ca. 17,5 kp/cm 2 og en elastisitetskoeffisient på ca. 8,44 x 10 3 kp/cm 2..Med slike filtermembraner bør innsatsen 22 være tilstrekkelig tykk :til å frembringe en avstand på fra 1,2 mm til 1,6 mm mellom membranene. Idet hver membran bare utbøyes halvdelen av. avstanden mellom membranene, skal hver membran bare utbøyes fra 0,6 til 0,8 mm før den når frem til den gjensidig støttende stilling.

Når membranene 12 og 18 er i direkte støttende berøring i den gjensidig støttende stilling, vil det også fremgå at membranene stort sett hindrer væskestrømning gjennom utløpet 16, og membranene virker effektivt som en ventil som hindrer væske-strømning når det inntrer en høytrykkstilstand. Når filter-konstruks jonen ■ 10 befinner seg nedstrøms for den trykkfrem-bringende kilde, f.eks. en injeksjonssprøyte eller en pumpe, vil denne ventilfunksjon hindre at pasienten utsettes for de høye og muligens skadelige fluidumtrykk.

Selv om det i den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen anvendes to mot hverandre vendte membraner som tillater forholdsvis store gjennomstrømninger gjennom filterkonstruksjonen, er det også i overensstemmelse med oppfinnelsen bare å benytte én enkelt membran som er anbrakt tett ved, men atskilt fra en støtteflate med samme utstrekning, f.eks. en vegg i filterkonstruksjonens hus nedstrøms for membranen, slik at membranen når den utsettes for høye trykk vil; bøyes mot veggen istedenfor mot en overfor liggende membran. Under alle omstendigheter er avstanden mellom membranene eller mellom membranen og støtte-flaten beregnet slik, at den utbøyning som er nødvendig for at membranen hviler stort sett fullstendig mot støtteflaten ikke overskrider membranens elastisitetsgrense.

Sammenfatningsvis er det ifølge oppfinnelsen frembrakt en membranfilterkonstruksjon som er lett å samle eller montere, som bevirker forholdsvis høye gjennomstrømninger, og som ikke krever ekstra forsterkningsanordninger eller monteringsopera-sjoner for å beskytte membranen mot forbigående høye trykk.

I tillegg til å funksjonere som en ventil til beskyttelse av pasienten eller nedstrøms trykkfølsomt utstyr mot forbigående høye trykk, kan de hydrofile membraner med høye boblepunkter også anvendes for å hindre at det innføres gass- eller luft-bobler i pasienten.

Claims (9)

1. Filter som omfatter et hus som avgrenser en innvendig fluidumpassasje samt innløps- og utløpsåpninger som kommuniserer med denne, karakterisert ved to atskilte og overfor hverandre liggende mikroporøse filtermembraner med samme utstrekning, som er montert i fluidumpassasjen i parallelt strømningsarrangement for filtrering av passerende væske ved et valgt trykk, hvilke membraner har en elastisitetskoeffisient som er tilstrekkelig til å holde membranene atskilt ved et valgt normaltrykk, men som tillater utbøyning av membranene til en,gjensidig støttestilling, hvor hver membran hviler stort sett fullstendig mot den annen membran ved et trykk

som er høyere enn det valgte normaltrykk, og hvor membranene er atskilt en valgt strekning som er tilstrekkelig liten til at spenningene i hver av de utbøyde membraner ikke overstiger membranens elastisitetsgrense når den hviler stort sett fullstendig mot den annen membran. f

2. Filterkonstruksjon i samsvar med krav 1, karakterisert ved en avstandsanordning som er anbrakt mellom membranene, men bare langs deres omkretskanter.

3. Filterkonstruksjon i samsvar med krav 2, karakterisert ved at avstandsanordningen omfatter en innerkantdel, som er avpasset etter membranene under utbøyning av disse under nevnte høyere trykk.

4. Filterkonstruksjon i samsvar med krav 2 eller 3, karakterisert ved at avstandsanordningen løper kontinuerlig rundt membranenes omkretskanter og omfatter en gjennomgående utløpsåpning som muliggjør utstrømning fra rommet mellom membranene.

5. Filterkonstruksjon i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at huset omfatter en hylsterdel, og at avstandsanordningen samt membranene utgjør en enhet eller innsats som er teleskopisk innsatt i hylsterdelen.

6. Filterkonstruksjon i samsvar med krav 4 eller 5, karakterisert ved at hylsterdelen har en åpen ende og en lukket ende, hvor den lukkete ende har et gjennomgående utløp og hvor utløpsåpningen i avstandsanordningen står i tettsluttende forbindelse med utløpet i hylster-delens lukkete ende.

7. Filterkonstruksjon i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at membranene er atskilt mellom 1,2 og 1,6 mm.

8. Filterkonstruksjon i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at filtermembranene er hydrofile og har et boblepunkt som er større enn nevnte høyere trykk.

9. Filterkonstruksjon i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at filtermembranene har • en middelporestørrelse mellom 0,05 pm og 0,1 um.