DE3605065A1 - Separationsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Separationsvorrichtung, die als Separationsorgane Filter, Siebe oder Membranen aufweist und mit welcher flüssige von festen Bestandteilen trennbar sind.

Bekannte Separationsvorrichtungen dieser Art haben verschie­ dene Nachteile. Filter neigen dazu, durch Aufbau eines soge­ nannten Filterkuchens zu verstopfen, so daß nach einem gewis­ sen Zeitraum die Separation nicht mehr möglich ist. Rotierende Siebe oder Drehfilter od. dgl. können insbesondere empfind­ liche zu separierende Materialien beschädigen, so daß diese nicht weiterverwendet werden können.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Separationsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß einerseits mit Sicherheit verhindert ist, daß das Separationsorgan sich zusetzt oder verstopft und daß andererseits auch hochempfindliche Materialien, insbesondere Zellen von Zellkulturen während des Separationsvorganges sicher zurückgehalten, aber nicht beschädigt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß filtratseitig wenigstens ein gegen das Separationsorgan gerichteter Kanal vorgesehen ist, der an eine zwischen dem Separationsorgan und einer filtratseitigen festen Wandung gebildete Kammer angeschlossen ist und in den das Filtrat eintritt und daß das Filtrat einer Pulsationsbewegung unter­ worfen wird.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß während des Filtrier­ vorganges das Filtrat pulsiert, wobei die Pulsationsbewegung sich über die zwischen dem Separationsorgan und der Wandung befindliche Filtratmenge fortpflanzt und das Separationsorgan in Bewegung versetzt. Damit wird in weiten Bereichen verhindert, daß auf der Seite der zu filtrierenden Flüssigkeit des Separations­ organs sich Ablagerungen, wie Filterkuchen od. dgl. aufbauen können, da aufgrund der Bewegung ein Festsetzen von Bestand­ teilen auf dem Separationsorgan weitgehend verhindert ist.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der von einem Pulsationsorgan erzeugte Druck pulsatorisch den auf der Filtrierungsseite bestehenden Druck übersteigt, weil hierdurch das Filtrat in Form einer Rückströmung wieder durch die Poren des Separationsorganes zur Filtrierungsseite zurückgedrückt wird, so daß die Poren freigespült werden.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn zwei im Abstand zueinander angeordnete gegen das Separationsorgan gerichtete Kanäle vorgesehen sind, die über eine Verbindungsleitung miteinander in Verbindung stehen, wobei ihre dem Separationsorgan zuge­ wandten Öffnungen im Umfangsbereich des Separationsorganes liegen und wobei in dem aus den beiden Kanälen, der Verbin­ dungsleitung und der filtratseitigen Kammer gebildeten Ring­ kanal eine Kreislaufbewegung des Filtrats erzeugt wird. Eine solche auf der Filtratseite des Separationsorgans erzeugte Strömungsbewegung bewirkt, daß gegebenenfalls sich dort bildende Ablagerungen weggeschwemmt werden.

Zur Erzeugung der Strömung ist zweckmäßigerweise innerhalb des Ringkanales eine gesonderte Pumpe vorgesehen.

Zweckmäßigerweise ist an den Ringkanal über ein zwischen­ geschaltetes Ventil eine Abförderpumpe für das Filtrat angeschlossen. Die Pulsation kann durch ein oszillierendes, das Filtrat beaufschlagendes Kolbenorgan od. dgl. erzeugt werden. Andere Oszillatorformen, beispielsweise in Form von Membranen, Balgen od. dgl. oder auch Beaufschlagungen mit Ultraschall, sind möglich.

Das Separationsorgan kann so ausgelegt werden, daß die Pulsationen zu einer vorzugsweise wellenförmigen Verformung des Separationsorganes führen, so daß die Bildung von Ab­ lagerungen verhindert wird und bereits gebildete Ablagerungen entfernt werden.

Diese Walkbewegung führt insbesondere auch dazu, daß gegebenen­ falls in den Poren des Separationsorganes festgeklemmte Partikel wieder freigegeben werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn im Hinblick auf kleine und kleinste zurückzuhaltende Bestandteile das Separations­ organ eine flüssigkeitsdurchlässige Membran ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann in besonders zweckmäßiger Weise auf Vorrichtungen zur Begasung von in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeiten mit Zellkulturen Anwendung finden. Bei solchen Vorrichtungen muß das Medium, also die Flüssigkeit, in aufeinanderfolgenden Abständen zum Zwecke der Entgiftung aus dem Behälter entnommen und gegen ein einwandfreies Medium ausgetauscht werden. Dieser Medienaustausch kann auch kontinuierlich vorgenommen werden. Hierzu muß die Separierung so vorgenommen werden, daß die in dem Behälter enthaltenen Zellen zurückgehalten werden und daß nur das Medium abgezogen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann hierbei fester Bestand­ teil der Wandung eines Behälters sein, wobei die dem Separations­ organ gegenüberliegende filtratseitige Wandung einen Teil der Behälterwandung bildet und im Behälterinnenraum eine Halterung für das Separationsorgan angeordnet ist.

Die Separationsvorrichtung kann aber auch ein gesondertes Bauteil sein, bei welchem die filtratseitige Wandung zusammen mit dem Separationsorgan und dessen Halterung unter Zwischen­ schaltung von Dichtungen in die Behälterwandung lösbar ein­ setzbar ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungs­ gemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 ist ein Druck/Zeitdiagramm und gibt den Druckverlauf einer Pulsations­ folge wieder.

Gemäß Fig. 1 weist die Separationsvorrichtung 1 ein Separationsorgan 2 auf, weilches beim dargestellten Aus­ führungsbeispiel eine flüssigkeitsdurchlässige Membran ist. Der Membran 2 ist auf der Filtratseite eine feste Wandung 3 zugeordnet, wobei zwischen der Membran 2 und der Wandung 3 eine flache Kammer 4 gebildet ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel dient die Wandung 3 gleichzeitig als Träger für die Membran 2, wozu sie mit einer Halterung 5 versehen ist, die einen Spannring 6 od. dgl. tragen kann, so daß der Außenumfang der Membran 2 zwischen dem Spannring 6 und der Halterung 5 festspannbar ist.

Die Wandung 3 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel als gesondertes Bauteil ausgebildet, welches unter Zwischen­ schaltung von Dichtungen 7 lösbar in eine Ausnehmung 8 in der Wand 9 eines Behälters eingesetzt ist. Der Innenraum des Behälters ist in Fig. 1 mit 10 und seine Umgebung mit 11 bezeichnet.

Im Umfangsbereich der Membran 2 sind zwei Kanäle 12 und 13 in der Wandung 3 angeordnet, deren Öffnungen 12 a und 13 a dem Separationsorgan, also der Membran 2, zugewandt sind. Die Kanäle 12 und 13 stehen einerseits über die Kammer 4 und andererseits über eine Verbindungsleitung 14 miteinander in Verbindung, so daß aus den Kanälen 12 und 13, der Ver­ bindungsleitung 14 und der filtratseitigen Kammer 4 ein Ringkanal 15 gebildet wird, in welchem mittels einer Pumpe 16 eine Kreislaufbewegung des Filtrats erzeugbar ist.

Zur Erzeugung der Pulsationen ist ein oszillierendes, das Filtrat im Ringkanal 15 beaufschlagendes Kolbenorgan 17 vorgesehen, welches ebenfalls an den Ringkanal 15 angeschlossen ist.

Schließlich ist über ein Ventil 18 eine Abförderpumpe 19 für das Filtrat an den Ringkanal 15 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt den zeitlichen Druckverlauf innerhalb des Ringkanales 15 und damit innerhalb der Kammer 4, wie er durch den Oszillator 17 erzeugt wird. Hierbei ist mit P_B der Druck im Innenraum 10 des in Fig. 1 angedeuteten Behälters bezeichnet, während mit P_U der Druck innerhalb des Ringkanales bzw. in der Kammer 4 gemeint ist.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, steigt der Pulsationsdruck P über den Behälterinnendruck P _B jeweils pulsatorisch an, wodurch das Filtrat in Form einer Rückströmung wieder durch die Poren des Separationsorganes 2 zur Filtrierungsseite, also zum Behälterinnenraum 10 hin, zurückgedrückt wird, so daß durch diese Hin- und Herbewegung der Strömung durch das Separationsorgan 2 hindurch die Poren des Separationsorganes freigespült werden und sich nicht zusetzen können. Außerdem macht das Separationsorgan 2 aufgrund der Pulsationen eine hin- und hergehende Bewegung in Richtung des Pfeiles 20. Auch dies führt zu einer Ver­ hinderung von Ablagerungen und verhindert ein Verstopfen des Separationsorganes.

Da gleichzeitig durch die Pumpe 16 innerhalb des Ring­ kanales 15 eine Kreislaufbewegung erzeugt wird, die zu einer Strömung entlang der Innenfläche des Separations­ organes, also der Membran 2, führt, werden gegebenenfalls dort sich bildende Ablagerungen weggeschwemmt.

Wie oben erläutert, kann das Separationsorgan 2 so ausge­ legt und befestigt werden, daß die Pulsationen zu einer wellenförmigen Verformung des Separationsorganes 2 führen, was ebenfalls eine Verhinderung von Ablagerungen bewirkt.

Außerdem werden hierdurch gegebenenfalls in den Poren des Separationsorganes festgeklemmte Partikel wieder freigegeben.

Wie beschrieben, kann in Abweichung von der Darstellung nach Fig. 1 die Wandung 3 fester Bestandteil der Behälterwandung 9 sein, so daß lediglich auf der Innenfläche des Behälters Halterungen für das Separationsorgan vorgesehen werden müssen.

Claims (16)

1. Separationsvorrichtung, die als Separationsorgane Filter, Siebe oder Membranen aufweist und mit welcher flüssige von festen Bestandteilen trennbar sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß filtratseitig wenigstens ein gegen das Separationsorgan (2) gerichteter Kanal (12, 13) vorge­ sehen ist, der an eine zwischen dem Separationsorgan (2) und einer filtratseitigen festen Wandung (3) gebildete Kammer (4) angeschlossen ist und in den das Filtrat ein­ tritt und daß das Filtrat einer Pulsationsbewegung unter­ worfen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der von einem Pulsationsorgan (17) erzeugte Druck (P) pulsatorisch den auf der Filtrierungsseite bestehenden Druck (P _B) übersteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im Abstand zueinander angeordnete gegen das Separationsorgan (2) gerichtete Kanäle (12, 13) vorge­ sehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kanäle (12, 13) über eine Verbindungsleitung (14) miteinander in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Separationsorgan (2) zugewandten Öffnungen (12 a, 13 a) der beiden Kanäle (12, 13) im Umfangsbereich des Separations­ organes (2) liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem aus den beiden Kanälen (12, 13), der Verbindungs­ leitung (14) und der filtratseitigen Kammer (4) gebil­ deten Ringkanal (15) eine Kreislaufbewegung des Filtrats erzeugt wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Strömung innerhalb des Ringkanales (15) eine gesonderte Pumpe (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ringkanal (15) über ein zwischengeschaltetes Ventil (18) eine Abförderpumpe (19) für das Filtrat angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsation durch ein oszillierendes, das Filtrat beaufschlagendes Kolben­ organ (17) od. dgl. erzeugt wird.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsation durch Oszillatoren in Form von Membranen, Balgen od. dgl. erzeugt wird.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsation durch Beaufschlagung des Filtrats mit Ultraschall erzeugt wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Separationsorgan (2) so ausgelegt ist, daß die Pulsationen zu einer vorzugs­ weise wellenförmigen Verformung des Separationsorganes (2) führen.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Separationsorgan (2) eine flüssigkeitsdurchlässige Membran ist.

14. Anwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Begasung von in einem Behälter enthaltenen Flüssigkeiten mit Zellkulturen.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationsvorrichtung (1) fester Bestandteil der Wandung (9) eines Behälters ist, wobei die dem Separationsorgan (2) gegenüberliegende filtratseitige Wandung (3) einen Teil der Behälter­ wandung (9) bildet und im Behälterinnenraum (10) eine Halterung (5, 6) für das Separationsorgan (2) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Separationsvorrichtung (1) ein gesondertes Bauteil ist, bei welchem die filtratseitige Wandung (3) zusammen mit dem Separationsorgan (2) und dessen Halterung (5, 6) unter Zwischenschaltung von Dichtungen (7) in eine Ausnehmung (8) der Behälter­ wandung lösbar einsetzbar ist.