ES3038016T3 - Crossflow filter device - Google Patents

Abstract

Se proporciona un dispositivo de filtro de flujo cruzado para filtrar un líquido de alimentación presurizado. El dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende: una membrana filtrante; un canal de flujo para el líquido de alimentación presurizado, que se extiende sobre la superficie retenida de la membrana, de modo que la dirección del flujo en el canal es tangencial a dicha superficie, y el filtrado derivado del líquido de alimentación pasa a través de la membrana, dejando el líquido retenido en el canal de flujo; y una cámara de recolección para el filtrado, formada en la superficie opuesta de la membrana. El dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además una carcasa sellada con un lado retenida y un lado filtrado que encierran entre sí el canal de flujo, la membrana filtrante y la cámara de recolección. El dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además paredes guía del canal de flujo dispuestas en la superficie interior del lado retenida de la carcasa. Las paredes guía están configuradas para formar un sello hermético con la membrana filtrante, definiendo así la trayectoria del canal de flujo sobre la superficie retenida de la membrana. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de filtro de flujo cruzado

Campo de la presente descripción

La presente descripción se refiere al campo de los dispositivos de filtro de flujo cruzado para filtrar líquidos de alimentación presurizados.

Antecedentes

La filtración de flujo cruzado es un proceso en donde un líquido de alimentación presurizado es forzado a fluir de forma tangencial sobre una membrana permeable a un filtrado que puede derivarse del líquido de alimentación. A medida que el líquido de alimentación fluye sobre un lado de la membrana, el filtrado pasa al otro lado de la membrana, dejando atrás un líquido de retentado, que es el líquido de alimentación sin filtrado. Los medios del líquido de alimentación que no pasan a través de la membrana se concentran así en el líquido de retentado.

De forma típica, el líquido de alimentación fluye de manera cíclica hacia un dispositivo de filtro de flujo cruzado, sobre la membrana y vuelve a salir, concentrándose el medio en el líquido de retentado en cada uno de esos ciclos. El filtrado que ha pasado a través de la membrana sale del dispositivo a través de una salida en el lado opuesto de la membrana. Se utiliza un limitador de flujo en la salida del retentado para crear presión dentro del dispositivo.

Los dispositivos de ejemplo son Vivaflow 50™, Vivaflow 50R™ y Vivaflow 200™ disponibles en Sartorius.

El Vivaflow 50R™ está formado como un casete que tiene placas de plástico rígido y transparente del lado de retentado y del lado de filtrado. Estas placas son lo suficientemente gruesas como para resistir las tensiones producidas por la presión de los líquidos que fluyen y están atornilladas entre sí alrededor de sus perímetros. El alojamiento del casete formado de este modo de forma hermética contiene un canal de flujo para el líquido de alimentación/líquido de retentado, una membrana permeable y un cuerpo de soporte poroso en forma de placa que soporta la membrana al tiempo que permite el paso relativamente sin obstáculos de líquidos a través de la misma, tal como el filtrado. El casete cuenta además con una entrada en la placa del lado de retentado para el líquido de alimentación al canal de flujo, una salida en la placa del lado de retentado para el líquido de retentado del canal de flujo y una salida adicional en la placa del lado de filtrado para el filtrado que ha pasado a través de la membrana y el cuerpo de soporte. El canal de flujo se desplaza de un lado a otro sobre la superficie de retentado de la membrana, lo que ayuda a exponer todo el líquido de alimentación a una gran área de superficie de la membrana, y también introduce una trayectoria intrincada para crear remolinos y romper el flujo lineal del líquido de alimentación, lo que mejora la eficiencia de filtración del casete.

En el Vivaflow 50R™, el canal de flujo está formado como un rebaje en la superficie interna de la placa del lado de retentado. Cuando se ensambla el casete, la placa del lado de retentado, la membrana, el cuerpo de soporte y la placa del lado de filtrado se apilan en ese orden, y las placas del lado de retentado y del lado de filtrado se atornillan a continuación entre sí. Como resultado, las partes elevadas de la superficie interior de la placa del lado de retentado que están fuera del rebaje presionan contra la membrana, y la profundidad de adelante hacia atrás del canal de flujo es justo la profundidad del rebaje. Sin embargo, esta disposición, si bien es conveniente para fabricar y confinar la trayectoria de flujo del líquido de alimentación al canal de flujo, permite que parte del líquido de alimentación cortocircuite en el canal de flujo de transporte debido a que se forma un sello incompleto entre las partes elevadas de la superficie interior de la placa del lado de retentado y la membrana. Tal cortocircuito perjudica la eficiencia de filtración del Vivaflow 200™.

El Vivaflow 200™ funciona de la misma manera que el Vivaflow 50R™, pero la diferencia es que la entrada de alimentación divide el fluido y se dirige a través de las superficies de retentado de dos membranas en lugar de una. Las dos membranas intercalan una cámara de recolección de filtrado que contiene el cuerpo de soporte poroso, de modo que el filtrado entra por ambos lados en lugar de por uno. Una ventaja de esto es que se logra una mayor superficie de membrana, lo que aumenta la velocidad de filtración y minimiza el tamaño total del dispositivo.

El Vivaflow 50™ es un dispositivo de filtro de flujo cruzado similar, pero más pequeño, que también está disponible en Sartorius. Realiza la misma función que el Vivaflow 50R™ y el Vivaflow 200 ™, pero tiene algunas diferencias estructurales. Por ejemplo, sus placas del lado de retentado y del lado de filtrado están encajadas en una funda de plástico gruesa para presionarlas entre sí y se sellan entre sí con una junta tórica perimetral.

La patente US-6.312.591 propone una celda de filtración que tiene un canal en forma de meandro para alimentar un flujo de líquido de muestra de forma tangencial sobre una membrana de filtración, formándose el canal mecanizando la superficie de un bloque que constituye el cuerpo de la celda. La patente US-5.601.727 propone un dispositivo de separación que tiene un canal de flujo en serpentina orientado hacia un medio de separación, estando el canal definido por nervaduras dentro de un alojamiento del dispositivo. La patente US-5.342.517 propone un casete de filtración del tipo que comprende láminas filtrantes de membrana dispuestas en una matriz unida de forma periférica de carácter multilaminado.

Existe la necesidad de un dispositivo de filtro de flujo cruzado que reduzca o evite tal cortocircuito.

Resumen

Según la invención, en un primer aspecto se proporciona un dispositivo de filtro de flujo cruzado para filtrar un líquido de alimentación presurizado según la reivindicación 1, y en un segundo aspecto un dispositivo de filtro de flujo cruzado para filtrar un líquido de alimentación presurizado según la reivindicación 4.

De forma ventajosa, al proporcionar paredes guía que están configuradas para formar un sello hermético a los fluidos con la membrana de filtro, las paredes guía pueden proporcionar un sellado efectivo alrededor de los bordes del canal de flujo y, de este modo, eliminar sustancialmente el cortocircuito del canal de flujo por el líquido de alimentación.

Las paredes guía están configuradas de tal modo que la trayectoria del canal de flujo se desplaza hacia adelante y hacia atrás sobre la superficie de retentado de la membrana. Esto mejora la eficiencia de la filtración al obligar a todo el líquido de alimentación a pasar por una gran área de la membrana y ayuda a crear remolinos y turbulencias para interrumpir el flujo lineal.

En el dispositivo de filtro de flujo cruzado del primer aspecto, las paredes guía de canal de flujo son deformables de forma flexible. Se deforman y se acoplan de forma hermética con la membrana de filtro para formar el sello hermético a los fluidos. De forma ventajosa, al proporcionar paredes guía que se deforman y se acoplan de forma hermética al entrar en contacto con la membrana de filtro, las paredes guía pueden adaptarse y sellarse a diferentes tipos de membrana, de modo que se pueden utilizar diferentes tipos de membrana en el mismo dispositivo básico.

Las paredes guía de canal de flujo deformables de forma flexible están formadas de elastómero, tal como poliuretano termoplástico (TPU, por sus siglas en inglés), caucho natural, caucho de silicona, polisilaxano o látex. Las paredes guía pueden tener una estructura de un solo componente, o una estructura de múltiples componentes, por ejemplo, una estructura de múltiples capas que tiene capas formadas de diferentes materiales, tales como diferentes de los elastómeros anteriormente mencionados.

Las paredes guía deformables de forma flexible son un componente del dispositivo separado del alojamiento y, por lo tanto, deben presentarse correctamente en las mismas al ensamblar el dispositivo. Convenientemente, la superficie interior del lado de retentado del alojamiento incluye un rebaje que corresponde a la línea de las paredes guía y en la que las paredes guía deformables de forma flexible se ubican para acoplarse de forma hermética con esa superficie interior. El rebaje puede ayudar a colocar correctamente las paredes guía durante el ensamblaje del dispositivo. En particular, si las paredes guía se ajustan perfectamente al rebaje, también pueden ayudar a mejorar el sellado entre las paredes guía y la superficie interior del lado de retentado del alojamiento.

El dispositivo de filtro de flujo cruzado que comprende las paredes guía deformables de forma flexible puede comprender además uno o más elementos de interconexión que se extienden a través de la cavidad mencionada anteriormente, preferiblemente fuera de la trayectoria del canal de flujo, para unir la superficie interior del lado de retentado del alojamiento a una superficie interior del lado de filtrado del alojamiento y, de este modo, reforzar el alojamiento. Los elementos de interconexión pueden penetrar a través de aberturas en la membrana y, en dispositivos que comprenden un cuerpo de soporte poroso (descrito a continuación), también pueden penetrar a través de aberturas en el cuerpo de soporte. Los elementos de interconexión pueden reforzar el alojamiento contra la presión del líquido que fluye a través del mismo y, por lo tanto, permitir que se reduzca el grosor del alojamiento. Esto, a su vez, puede ayudar a reducir los costos de fabricación.

Los elementos de interconexión pueden, por ejemplo, formarse de forma integral como proyecciones desde la superficie interior de uno de los lados de retentado y filtrado del alojamiento. Se pueden unir a la superficie interna del otro lado utilizando cualquier proceso conveniente, tal como la soldadura ultrasónica. Sin embargo, otra opción es que los elementos de interconexión se formen de forma integral como pares de proyecciones desde las superficies internas de los lados retentados y filtrados, respectivamente, del alojamiento, encontrándose cada par de proyecciones en la membrana. En este caso, puede que no sea necesario que los elementos de interconexión penetren a través de las aberturas de la membrana, es decir, cada elemento de interconexión puede formarse por un par determinado de proyecciones y una pequeña región de membrana atrapada entre ellas.

En el dispositivo de filtro de flujo cruzado del segundo aspecto, las paredes guía están soldadas a la membrana de filtro, densificando la soldadura de forma local la membrana de filtro en todo su grosor para formar el sello hermético a los fluidos. Por ejemplo, la soldadura se puede formar mediante soldadura ultrasónica. Siempre que la membrana pueda densificarse mediante soldadura, esta opción también permite que las paredes guía se sellen a diferentes tipos de membrana, de tal modo que puedan volver a utilizarse en el mismo dispositivo básico.

Cuando las paredes guía están soldadas a la membrana de filtro, el dispositivo puede comprender además elementos de soporte de soldadura que se extienden desde una superficie interior del lado del filtrado del alojamiento para soportar las soldaduras. En particular, los elementos de soporte de soldadura también pueden soldarse a la membrana de filtro. Las paredes guía soldadas y los elementos de soporte de soldadura, además de formar el sello hermético a los fluidos, también pueden ayudar a reforzar el alojamiento de la misma manera que los elementos de interconexión descritos anteriormente. En los dispositivos que comprenden un cuerpo de soporte poroso (descrito a continuación), los elementos de soporte de soldadura pueden penetrar a través de aberturas en el cuerpo de soporte. Convenientemente, las paredes guía pueden formarse de forma integral con el lado de retentado del alojamiento y/o los elementos de soporte de soldadura pueden formarse de forma integral con el lado de filtrado del alojamiento.

En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede comprender, además: una entrada al canal de flujo para el líquido de alimentación; una salida del canal de flujo para el líquido de retentado; y una salida de la cámara de recolección para el filtrado. Durante el uso, los tubos externos se unen de forma típica al dispositivo en la entrada y las salidas, por ejemplo, de tal modo que una bomba externa pueda hacer circular el líquido de alimentación y el líquido de retentado a través del dispositivo. Convenientemente, la entrada al canal de flujo y la salida del canal de flujo pueden formarse en el lado de retentado del alojamiento, y la salida de la cámara de recolección puede formarse en el lado de filtrado del alojamiento.

Una o más de la entrada y las salidas pueden incluir un manguito Luer giratorio respectivo para la conexión a los tubos externos respectivos.

En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede comprender además un cuerpo de soporte poroso ubicado dentro de la cámara de recolección, proporcionando el cuerpo de soporte soporte mecánico a la membrana al tiempo que permite el paso relativamente sin obstáculos del filtrado a través de la misma, p. ej., a una salida de filtrado. El cuerpo de soporte puede estar hecho, por ejemplo, de plástico poroso. Puede fabricarse sinterizando partículas de plástico. Sin embargo, se pueden usar otros materiales y/o procesos de fabricación. Como alternativa a tal cuerpo de soporte, las protuberancias formadas de forma integral con el alojamiento pueden proyectarse desde una superficie interior del lado de filtrado del alojamiento para soportar la membrana, permitiendo las protuberancias un paso relativamente libre del filtrado entre las mismas.

En el primer o segundo aspecto, el alojamiento puede formarse de material transparente. Esto permite que un usuario supervise visualmente el funcionamiento del dispositivo. Convenientemente, se puede formar de material plástico. Sin embargo, se pueden utilizar otros tipos de material, tal como vidrio, cerámica o metal para el alojamiento.

En el primer o segundo aspecto, el lado de retentado y el lado de filtrado del alojamiento pueden formarse como placas respectivas que intercalan las paredes guía de canal de flujo, la membrana de filtro y el cuerpo de soporte poroso (si está presente) entre las mismas. En particular, el alojamiento puede tener una placa del lado de retentado y una placa del lado de filtrado que se sellan entre sí a lo largo de los respectivos perímetros de sellado para formar una cavidad entre las mismas en la que se alojan las paredes guía, la membrana de filtro y el cuerpo de soporte poroso (si está presente). Se puede proporcionar una junta tórica alrededor de los perímetros de sellado para perfeccionar el sellado entre los mismos. Las placas pueden sellarse entre sí por diversos medios, por ejemplo: soldadura ultrasónica, estacado térmico; encolado; o interferencia mecánica. La unión de las placas puede realizarse o complementarse con sujetadores mecánicos (p. ej., tornillos, pernos, grapas, abrazaderas, etc.), conectores integrales de ajuste a presión y/o un mecanismo de ajuste en cuña. Otra opción es que el alojamiento sellado incluya además un moldeado o sobremoldeado que una los alojamientos entre sí.

En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede comprender además formaciones complementarias ubicadas en lados opuestos del dispositivo y configuradas de tal modo que una formación en un lado de un dispositivo pueda acoplarse con la formación complementaria en el otro lado de otro dispositivo, de tal modo que varios dispositivos puedan unirse en un grupo más grande. Por ejemplo, las formaciones complementarias pueden incluir un par de formaciones macho y hembra, tales como un riel y una ranura. Los dispositivos de tal grupo mayor pueden conectarse de forma fluida en paralelo o en serie para procesar volúmenes más grandes de líquido de alimentación.

En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede comprender además pies de soporte externos que se proyectan desde el lado de filtrado del alojamiento. Cuando los pies se colocan sobre una superficie de trabajo (p. ej., mesa de laboratorio), el dispositivo se levanta de este modo de la superficie, dando un mejor acceso, p. ej., a su entrada y a las salidas y, en particular, a cualquier manguito Luer giratorio. Además, al hacer que los pies se proyecten desde el lado de filtrado del alojamiento, la cámara de recolección estará debajo de la membrana de filtro, de tal modo que la gravedad pueda ayudar al paso del filtrado a través de la membrana.

En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede ser estéril, p. ej., hasta un nivel de garantía de esterilidad de al menos 10-3 y preferiblemente de al menos 10-6. Los métodos típicos para esterilizar el dispositivo incluyen gas de óxido de etileno y radiación. Los niveles de garantía de esterilidad se pueden validar según una norma adecuada, como la ISO 11135:2014 para el gas de óxido de etileno y la ISO 11137:2006 para la radiación. De forma ventajosa, el dispositivo puede configurarse para reducir las áreas de atrapamiento y mejorar la eficacia de los procesos de esterilización elegidos, en particular en la región de la entrada y las salidas. El uso de soldadura ultrasónica para unir partes del dispositivo también es generalmente beneficioso para promover la esterilidad, ya que este proceso de unión no requiere el uso de accesorios, sujetadores, adhesivos u otros componentes que puedan comprometer la esterilidad. En el primer o segundo aspecto, el dispositivo puede ser un dispositivo de membrana doble que tiene una segunda membrana de filtro y el canal de flujo y las paredes guía de canal de flujo correspondientes en un lado opuesto de la cámara de recolección, es decir, de modo que la cámara de recolección esté intercalada entre la primera y segunda membranas de filtro, pasando el filtrado a través de cada una de las membranas hacia la cámara de recolección. El lado de retentado del alojamiento sellado se convierte por lo tanto en un primer lado de retentado, mientras que el lado de filtrado del alojamiento se convierte en un segundo lado de retentado. De forma típica, el cuerpo de soporte poroso está ubicado dentro de la cámara de recolección de tal dispositivo.

Las características opcionales descritas anteriormente se refieren también a las características correspondientes de este dispositivo de doble membrana. Convenientemente, cuando el dispositivo comprende uno o más elementos de interconexión, estos pueden penetrar a través de las aberturas de la primera y la segunda membranas y, de forma típica, del cuerpo de soporte poroso. La entrada para el líquido de alimentación puede ser una única entrada que suministra líquido a ambos canales de flujo. La salida para el líquido de retentado puede ser una única salida que recibe el líquido de retentado desde ambos canales de flujo.

Breve descripción de los dibujos

Las realizaciones de la presente descripción se describirán ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un alojamiento sellado de un dispositivo de filtro de flujo cruzado; la figura 2 muestra una primera vista despiezada del dispositivo de filtro de flujo cruzado de la figura 1;

la figura 3 muestra una segunda vista despiezada del dispositivo de filtro de flujo cruzado de la figura 1;

la figura 4 muestra una tercera vista despiezada del dispositivo de filtro de flujo cruzado de la figura 1;

la figura 5 muestra una vista en planta del dispositivo de filtro de flujo cruzado de la figura 1;

la figura 6 muestra una vista en planta de una variante de dispositivo de filtro de flujo cruzado;

la figura 7 muestra una sección transversal a través del dispositivo variante a lo largo de la línea X-X de la figura 6; la figura 8 muestra una sección transversal a través de una parte de una segunda variante de dispositivo de filtro de flujo cruzado;

la figura 9 muestra una sección transversal a través de una parte de una tercera variante de dispositivo de filtro de flujo cruzado;

la figura 10 muestra una vista isométrica detallada de la superficie interior de una de las placas laterales de la tercera variante de dispositivo de filtro de flujo cruzado de la figura 9; y

La figura 11 muestra la vista isométrica detallada de la figura 10 con parte de un distribuidor de flujo y paredes guía de canal ubicadas en la placa lateral.

Descripción detallada

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un alojamiento sellado de un dispositivo 17 de filtro de flujo cruzado, comprendiendo el alojamiento una placa 1 del lado de retentado y una placa 2 del lado de filtrado que definen una cavidad entre las mismas. En la placa 1 del lado de retentado se forma una entrada 7 para el flujo de un líquido de alimentación hacia la cavidad, en la placa 1 del lado de retentado se forma una salida 8 para el flujo de un líquido 8 de retentado fuera de la cavidad, y en la placa 2 del lado de filtrado, se forma una salida 9 para un flujo de filtrado fuera de la cavidad.

La entrada 7 de líquido de alimentación tiene una conexión Luer hembra, mientras que la salida 8 de líquido de retentado y la salida 9 de filtrado tienen cada una conexión Luer macho con un manguito 6 Luer giratorio respectivo. Las conexiones Luer permiten conectar conectores de tubos externos al dispositivo 17.

Las figuras 2 a 4 son vistas despiezadas respectivas del dispositivo 17 de filtro de flujo cruzado de la figura 1. Las figuras 2 y 4 permiten ver la superficie interior de la placa 2 del lado de filtrado, mientras que la figura 3 permite ver la superficie interior de la placa 1 del lado de retentado. Las placas 1, 2 de alojamiento están formadas como placas cuadradas respectivas y se intercalan entre las mismas, en orden desde el lado de retentado hasta el lado de filtrado: paredes 3 guía de canal de flujo que se deforman de forma flexible, una membrana 4 de filtro y un cuerpo 5 de soporte poroso. Las placas 1, 2 se unen alrededor de sus respectivos perímetros, como se describe con más detalle a continuación, para formar un módulo sellado. Convenientemente, las placas 1, 2 pueden estar formadas por un material plástico transparente y rígido.

Las paredes 3 guía (que se muestran mejor en la figura 2) están formadas como un moldeo de elastómero de una sola pieza que, cuando se acopla por un lado a la superficie interior de la placa 1 del lado de retentado y por el otro lado a la membrana filtrante 4, define la trayectoria de un canal 10 de flujo que se desplaza hacia adelante y hacia atrás sobre la superficie de retentado de la membrana 4 desde la entrada 7 hasta la salida 8. Para ayudar a la correcta ubicación de las paredes 3 guía en el dispositivo 17, la superficie interior de la placa 1 del lado de retentado tiene un rebaje 18 formado en la misma (se muestra en la figura 3), correspondiente a la línea de las paredes 3 guía y en la que se pueden encajar las paredes.

Las paredes 3 guía están fabricadas de un elastómero seguro desde el punto de vista médico, como TPU, caucho natural, caucho de silicona, polisilaxano o látex, que es altamente resistente a la lixiviación. Esto reduce o evita cualquier riesgo de contaminación de los filtrados y los líquidos de alimentación / de retentado que fluyen a través del dispositivo 17. Las paredes 3 guía, que son flexibles de forma elástica, se adaptan y se adaptan a cualquier irregularidad en la superficie de retentado de la membrana filtrante 4, formando un buen sellado alrededor de los bordes del canal 10 de flujo. Por lo tanto, evitan sustancialmente cualquier cortocircuito del canal 10 de flujo por el líquido en la trayectoria 10 de flujo desde la entrada 7 hasta la salida 8. Además, pueden adaptarse a diferentes tipos de membrana 4 (como membranas de poliéter sulfona, membranas de celulosa regenerada o membranas de acetato de celulosa) y pueden ayudar a evitar dañar cualquier tratamiento superficial de la membrana 4, como receptores especializados unidos a la membrana). Por lo tanto, el mismo dispositivo de filtro básico se puede utilizar en muchas aplicaciones diferentes, simplemente cambiando el tipo de membrana. En particular, el dispositivo 17 se puede utilizar para aumentar o reducir la filtración en bancos de laboratorio, p. ej., para la producción de productos biofarmacéuticos tales como anticuerpos.

El cuerpo 5 de soporte poroso llena una cámara de recolección para el filtrado creado por la parte de la cavidad del alojamiento entre la membrana 4 y la superficie interior de la placa del lado del filtrado 2. El cuerpo 5 de soporte sostiene físicamente la membrana 4 prácticamente en toda su área, lo que permite establecer una diferencia de presión a través de la membrana 4 que impulsa el flujo de filtrado a través de la misma. Los foros del cuerpo 5 están formados de tal modo que el filtrado puede pasar a través relativamente sin obstáculos en su camino desde la membrana 4 hasta la salida 9 a través de la cámara de recolección. Convenientemente, el cuerpo 5 puede ser un cuerpo de plástico poroso formado por la sinterización de partículas de plástico.

Durante el uso, los tubos externos unidos a la entrada 7 de líquido de alimentación y a la salida 8 de líquido de retentado se unen a una bomba externa. Otros tubos externos se unen a la salida 9 de filtrado y se extienden hasta un recipiente de recolección. La bomba hace circular continuamente un líquido de alimentación al dispositivo a través de la entrada 7, a lo largo del canal 10 de flujo definido por las paredes 3 guía, y de vuelta a la bomba como líquido retentado desde la salida 8. La dirección del flujo del líquido en el canal 10 de flujo es tangencial a la superficie de retentado de la membrana 4, y el diferencial de presión a través de la membrana 4 impulsa el flujo del filtrado derivado del líquido de alimentación a través de la membrana 4. Se utiliza un limitador de flujo (no se muestra) en la salida 9 de retentado para crear la presión dentro del dispositivo 17.

El movimiento hacia adelante y hacia atrás del canal 10 de flujo obliga a todo el líquido de alimentación a pasar sobre una gran área superficial de la superficie de retentado de la membrana 4. También crea remolinos y turbulencias en el líquido de alimentación, que interrumpen el flujo lineal del mismo. Más específicamente, la trayectoria del canal 10 de flujo se compone de una serie de recorridos lineales antiparalelos consecutivos que abarcan un ancho de la membrana 4 y están conectados mediante giros sucesivos de 180°. La figura 5 es una vista en planta del dispositivo de filtro 17 de flujo cruzado, con las características internas indicadas por líneas discontinuas, y muestra mejor la trayectoria del canal 10 de flujo.

Por lo tanto, un resultado del funcionamiento del dispositivo es que, a medida que la bomba hace circular el líquido de alimentación, el filtrado derivado del líquido de alimentación pasa a través del cuerpo de soporte poroso para recolectarse en el recipiente de recogida unido a la salida 9 de filtrado, y los medios en el líquido de alimentación que no pasan a través de la membrana 4 se concentran en el líquido de retentado.

Para formar el alojamiento, las placas 1,2 de alojamiento pueden sellarse entre sí a lo largo de una ranura perimetral 14 de una de las placas (en este ejemplo, la placa 2 del lado de filtrado, como se muestra en las figuras 2 y 4) y un borde perimetral 15 correspondiente de la otra placa (en este ejemplo, la placa 1 del lado de retentado, como se muestra en la figura 3). El borde 15 encaja en la ranura 14 y actúa como un director de energía que permite que las placas 1, 2 se suelden entre sí por ultrasonidos alrededor de sus perímetros. Esto sella la cavidad en la que se encuentran las paredes 3 guía, la membrana 4 de filtro y el cuerpo 5 de soporte, con una separación adecuada entre las placas 1, 2, de modo que las paredes 3 guía se acoplan correctamente con la membrana 4 de filtro y la superficie interior de la placa 1 del lado de retentado. Debido a su deformabilidad, las paredes 3 guía permiten una variación en la separación entre la membrana filtrante 4 y la superficie interior de la placa 1 del lado de retentado.

Sin embargo, para controlar este estancamiento y, al mismo tiempo, reforzar el alojamiento contra las presiones que experimenta durante el funcionamiento, se pueden proporcionar elementos 16 de interconexión para unir físicamente las superficies interiores de las placas 1, 2 de alojamiento. Los elementos 16 de interconexión penetran, fuera de la trayectoria del canal 10 de flujo, a través de aberturas específicas en la membrana 4 y en el cuerpo 5 de soporte. Por ejemplo, los elementos 16 de interconexión pueden formarse como proyecciones desde la superficie interior de una de las placas (en este ejemplo, la placa 1 del lado de retentado) y, al ensamblar el dispositivo 17, se pueden unir a la superficie interior de la otra placa (en este ejemplo, la placa 2 del lado de filtrado) mediante un proceso de unión adecuado. Convenientemente, los elementos 16 de interconexión pueden actuar como otros directores de energía, lo que les permite soldarse de forma ultrasónica a la otra placa. Al reforzar el alojamiento, permiten que las placas del alojamiento se fabriquen a partir de un material más delgado de lo que sería el caso de otro modo.

La placa 2 del lado de filtrado tiene pies externos 11 (se muestran en las figuras 3 y 4) en cada una de sus esquinas sobre las que puede descansar el dispositivo 17. Cuando los pies 11 se colocan sobre una superficie de trabajo, el dispositivo 17 se sostiene de tal modo que la cámara de recolección se encuentra directamente debajo de la membrana 4. Esto permite que la gravedad ayude al flujo del filtrado a través de la membrana 4. Además, los pies 11 elevan el nivel de todo el dispositivo para que el manguito Luer 6 de la salida 9 pueda girar sin obstáculos.

Los bordes opuestos del alojamiento tienen, respectivamente, una ranura 12 de montaje y un riel 13 de montaje. Están configurados de tal modo que la ranura 12 de montaje de un dispositivo 17 pueda acoplarse con el riel 13 de montaje de un segundo dispositivo 17, lo que permite unir varios dispositivos 17 en un grupo mayor y, a continuación, conectarlos de forma fluida en serie o en paralelo para aumentar la capacidad de filtrar volúmenes más grandes. Cada una de las ranuras 12 de montaje y del riel 13 está formada parcialmente por una de las placas 1, 2 y parcialmente por las otras placas 1, 2.

El dispositivo puede producirse de forma estéril, con métodos de esterilización típicos que incluyen gas de óxido de etileno y radionúclidos, rayos X o radiación por haz de electrones.

La figura 6 muestra una vista en planta de una variante del dispositivo 17 de filtro de flujo cruzado, de nuevo con características internas indicadas por líneas discontinuas, y la figura 7 muestra una sección transversal a través del dispositivo variante a lo largo de la línea X-X. Las características comunes al dispositivo variante y al dispositivo de las figuras 1 a 5 tienen los mismos números de referencia.

En lugar de las paredes 3 guía de canal de flujo deformables de forma flexible, el dispositivo variante tiene paredes 3' guía de plástico rígido para definir la trayectoria del canal 10 de flujo. Las paredes forman parte del moldeo que también forma la placa 1 del lado de retentado, y están permanentemente soldadas por ultrasonidos a la membrana filtrante 4. Esta soldadura densifica de forma local la membrana en todo su grosor para formar un sello hermético a los fluidos que evita cualquier cortocircuito del canal 10 de flujo por el líquido en la trayectoria 10 de flujo desde la entrada 7 hasta la salida 8.

Para soportar las soldaduras, las paredes 20 de soporte se proyectan desde la superficie interior de la placa 2 lateral de filtrado a través de la cámara de recolección y reflejan la línea de las paredes 3’ guía. Convenientemente, estas paredes de soporte son parte del moldeo que también forma la placa del lado de filtrado. Las paredes de soporte penetran a través de las aberturas correspondientes en el cuerpo 5 de soporte y también se unen permanentemente a la membrana filtrante 4 mediante soldadura ultrasónica. La figura 7 muestra una vista ampliada A de la sección transversal en una de las soldaduras.

De forma ventajosa, las paredes 20 de soporte, en combinación con las paredes 3’ guía, refuerzan el alojamiento de la misma manera que los elementos 16 de interconexión del dispositivo de las figuras 1 a 5.

Las figuras 8 a 11 muestran secciones transversales y vistas isométricas de partes de dispositivos de filtro de flujo cruzado de segunda y tercera variantes. Como antes, las características comunes a la segunda y tercera variantes de dispositivos y a los dispositivos de las figuras 1 a 7 tienen los mismos números de referencia.

La variante de la figura 8 es un dispositivo de doble membrana en donde la primera y la segunda membranas filtrantes 4 se intercalan en lados opuestos del cuerpo 5 de soporte. De esta manera, el filtrado entra en la cámara de recolección desde ambos lados en lugar de solo uno para aumentar la velocidad de filtración y, al mismo tiempo, mantener esencialmente el mismo tamaño total del dispositivo.

Convenientemente, el dispositivo dual tiene una única entrada 7 (y una salida única de retentado correspondiente - no se muestra) que suministra líquido a los canales 10 de flujo de ambas membranas 4. La entrada 7 se extiende en el plano del dispositivo desde una de las placas laterales 1 de alojamiento, moldeándose los pasos 19 en ambas placas laterales 1,2 de alojamiento para llevar el líquido desde la entrada a los canales de flujo a cada lado del cuerpo 5 de soporte. Para facilitar la formación del paso 19 durante el moldeo de la placa lateral 2 que no tiene la entrada, la placa 2 se moldea con su paso 19 abierto a la cara externa de la placa. A continuación, el paso se cierra en la cara externa por debajo de una pieza 20 de cubierta moldeada por separado.

La variante de las figuras 9 a 11 es otro dispositivo de doble membrana. Se diferencia del dispositivo de la figura 8 en que la entrada 7 se extiende perpendicularmente al plano del dispositivo desde una de las placas laterales 1 del alojamiento. De nuevo, se crean pasos 19 en ambas placas laterales 1,2 para llevar el líquido desde la entrada a los canales 10 de flujo de ambas membranas 4. Sin embargo, en esta variante, los pasos se forman moldeando los rebajes 25 correspondientes en las superficies interiores de ambas placas laterales, como se muestra en la figura 10, y proporcionando aberturas en las membranas 4 y el cuerpo 5 de soporte que están alineadas con esos rebajes. Un cuerpo distribuidor 21 se extiende a través de las aberturas y en cada extremo hacia los rebajes coincidentes. Este cuerpo tiene un casquillo central 22 con un orificio axial para permitir que el líquido pase de un lado a otro a través del dispositivo, y también tiene tapas 23 de sellado en ambos extremos del casquillo que sellan a cada lado del cuerpo del distribuidor a la membrana 4 de filtro respectiva para evitar que el líquido se filtre a través de las aberturas de la membrana alineadas y, por lo tanto, evite las propias membranas.

Los pasos 19 están formados por matrices respectivas de ranuras 26 que se irradian hacia fuera desde los pozos centrales 27 formados en las bases del rebaje 25 para proporcionar una comunicación fluida entre los extremos del orificio axial del casquillo 22 y los canales 10 de flujo. Las tapas 23 de sellado del cuerpo distribuidor 21 están intercaladas entre las bases del rebaje 25 para mantener el cuerpo en su lugar. El casquillo 22 y una de las tapas 23 de sellado (por ejemplo, se muestran en la figura 11) se pueden formar mediante comoldeo. Sin embargo, la otra tapa 23 de sellado (no se muestra en la figura 11) solo puede ajustarse al casquillo después de que se haya insertado a través de las aberturas alineadas de las membranas 4 y el cuerpo 5 de soporte.

Se entenderá que la invención no se limita a las realizaciones descritas anteriormente y que se pueden realizar diversas modificaciones y mejoras sin apartarse de los conceptos descritos en la presente memoria.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado para filtrar un líquido de alimentación presurizado;

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende: una membrana (4) de filtro; un canal (10) de flujo para el líquido de alimentación presurizado que se extiende en una trayectoria sobre una superficie de retentado de la membrana, de tal modo que la dirección del flujo en el canal es tangencial a la superficie de retentado, y un filtrado derivado del líquido de alimentación pasa a través de la membrana dejando el líquido de retentado en el canal de flujo; y una cámara de recolección para el filtrado formado en una superficie de filtrado opuesta de la membrana;

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además un alojamiento sellado que tiene un lado (1) de retentado y un lado (2) de filtrado que encierran entre los mismos el canal (10) de flujo, la membrana (4) de filtro y la cámara de recolección; y

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además paredes (3, 3') guía de canal de flujo proporcionadas en una superficie interior del lado (1) de retentado del alojamiento, estando las paredes (3) guía configuradas de tal modo que la trayectoria para el canal (10) de flujo se desplaza hacia adelante y hacia atrás sobre la superficie de retentado de la membrana (4), caracterizado por que:

las paredes (3) guía de canal de flujo, que están formadas por elastómero deformable de forma flexible, se deforman y se acoplan de forma hermética con la membrana (4) de filtro para formar un sello hermético a los fluidos con la membrana (4) de filtro y, de este modo, definen la trayectoria del canal (10) de flujo sobre la superficie de retentado de la membrana, y eliminan el cortocircuito del canal de flujo por el líquido de alimentación; y

la superficie interior del lado (1) de retentado del alojamiento incluye un rebaje (18) correspondiente a la línea de las paredes (3) guía y en el que las paredes guía se ubican para acoplarse de forma sellada con la superficie interior del lado de retentado del alojamiento.

2. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según la reivindicación 1, que comprende además uno o más elementos (16) de interconexión que se extienden a través de la cavidad fuera de la trayectoria del canal (10) de flujo para unir la superficie interior del lado (1) de retentado del alojamiento a una superficie interior del lado (2) de filtrado del alojamiento y, de este modo, fortalecer el alojamiento.

3. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según la reivindicación 2, en donde los elementos (16) de interconexión penetran a través de las aberturas de la membrana (4).

4. Un dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado para filtrar un líquido de alimentación presurizado;

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende: una membrana (4) de filtro; un canal (10) de flujo para el líquido de alimentación presurizado que se extiende en una trayectoria sobre una superficie de retentado de la membrana, de tal modo que la dirección del flujo en el canal es tangencial a la superficie de retentado, y un filtrado derivado del líquido de alimentación pasa a través de la membrana dejando el líquido de retentado en el canal de flujo; y una cámara de recolección para el filtrado formado en una superficie de filtrado opuesta de la membrana;

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además un alojamiento sellado que tiene un lado (1) de retentado y un lado (2) de filtrado que encierran entre los mismos el canal (10) de flujo, la membrana (4) de filtro y la cámara de recolección; y

en donde el dispositivo de filtro de flujo cruzado comprende además paredes (3, 3') guía de canal de flujo proporcionadas en una superficie interior del lado (1) de retentado del alojamiento, estando las paredes (3) guía configuradas de tal modo que la trayectoria para el canal (10) de flujo se desplaza hacia adelante y hacia atrás sobre la superficie de retentado de la membrana (4),caracterizado por quelas paredes (3') guía de canal de flujo están soldadas a la membrana (4) de filtro, densificando de forma local la soldadura la membrana de filtro a través de todo su grosor para formar un sello hermético a los fluidos con la membrana (4) de filtro y definir de este modo la trayectoria del canal (10) de flujo sobre la superficie de retentado de la membrana, y eliminar el cortocircuito del canal de flujo por el líquido de alimentación.

5. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según la reivindicación 4, en donde el dispositivo comprende además elementos (20) de soporte de soldadura que se extienden desde una superficie interior del lado (2) de filtrado del alojamiento para soportar las soldaduras.

6. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según la reivindicación 5, en donde los elementos (20) de soporte de soldadura también están soldados a la membrana (4) de filtro.

7. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el alojamiento incluye: una entrada (7) al canal (10) de flujo para el líquido de alimentación; una salida (8) desde el canal de flujo para el líquido de retentado; y una salida (9) desde la cámara de recolección para el filtrado.

8. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un cuerpo (5) de soporte poroso ubicado dentro de la cámara de recolección, proporcionando el cuerpo de soporte mecánico a la membrana (4) a la vez que permite el paso relativamente sin obstáculos del filtrado a través de la misma.

9. El dispositivo de filtro de flujo cruzado (17) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el alojamiento tiene una placa (1) del lado de retentado y una placa (2) del lado de filtrado que están selladas entre sí a lo largo de los respectivos perímetros de sellado para formar una cavidad entre las mismas en la que se alojan las paredes (3, 3') guía y la membrana (4) de filtro.

10. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además formaciones complementarias (12, 13) ubicadas en lados opuestos del dispositivo y configuradas de tal modo que una formación en un lado de un dispositivo puede acoplarse con la formación complementaria en el otro lado de otro dispositivo, de tal modo que varios dispositivos pueden unirse en un grupo mayor.

11. El dispositivo (17) de filtro de flujo cruzado según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo comprende además patas (11) situadas en el alojamiento sellado.