積層プレート構成のろ過カートリッジ

专利摘要:
１つまたは積層したろ過ユニットを含むろ過カートリッジが提供される。積層したろ過ユニットは外側周囲位置及び端部キャップに対して相互にシールされかくして、積層体を包囲するハウジングの必要性が排除される。全流入フィードが、ろ過カートリッジを保持液として通過する以前にろ過されることを保証する流体通路が提供される。ろ過カートリッジからの出口に透過液を送る２つの透過液通路が設けられる。
公开号:JP2011507674A
申请号:JP2010527932
申请日:2008-09-11
公开日:2011-03-10
发明作者:スティーブン・ハント
申请人:ミリポア・コーポレイションＭｉｌｌｉｐｏｒｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ；
IPC主号:B01D63-08

专利说明:

[0001] 本件出願は２００７年１０月３日付で提出した米国仮特許出願番号第６０／９９７，４２０号の優先権を利益を主張するものである。
本発明は、別個の外側ハウジングを持たないろ過カートリッジに関し、詳しくは、ろ過カートリッジからの透過液出口に向かう２つの透過液通路を有するろ過カートリッジに関する。]
背景技術

[0002] 膜フィルタは様々なポリマー材料性のものが知られており、一般的には、体積比での多孔度が約５０〜８０％である薄い多孔質構造を有する。膜フィルタは比較的脆いため、一般に種々形式の機械的支持体または補強構造と共に使用される。膜フィルタの単位面積当たりの通過流量は孔寸法の関数である。孔寸法が微細な、例えば、約１ミクロン以下である膜フィルタの通過流量を高めるには膜面積を比較的大きくする必要がある。膜面積の大型化は、個々の膜フィルタを大型化する、または、もっと小径化した個々の膜フィルタを多数使用することにより提供されて来ている。製薬用途上重要な、例えば殺菌に使用するそれら膜フィルタ及びその支持装置は、小粒子または小有機物を通過させ得る漏れまたは欠陥を有すべきではない。]
[0003] かくして、平行流れ用の小型膜フィルタの多くは手作業で組み立てられ、支持用プレートや関連装置を取り付けた上でテストを実施し、必要に応じて、相当のコストと不便性を伴いつつ、しばしばユーザー側で殺菌が実施される。手作業で組み立てた膜フィルタアセンブリはテストに不合格になると作り直す必要がある。より大型且つ複雑な膜システムの場合、各機械的パーツは、一般に、膜フィルタを交換するのみで、洗浄及び再利用される。従来の使い捨て性プラスチック製の膜フィルタアセンブリの１つもまた、比較的可動性のパーツを用いて機械的に固定される。]
[0004] 膜面積の広い個別の膜フィルタは、平坦または円筒状態下に支持され、または、小型ハウジングに納めるようプリーツ加工される。平坦膜用のホルダは所定膜面積に対しては大きく、使い捨て性が無く、膜フィルタの交換毎に分解、洗浄、再組み立て、テストも必要になる。脆い膜フィルタをプリーツ加工すると折り目部分に応力が集中して使用時に膜フィルタが撓むため、膜フィルタの上流及び下流の各側の一方または両方に流れスクリーンを介挿させる必要があると共に、その各端部やオーバーラップするシーム部分をポッティング及びまたは接着剤でシールする必要がある。折り目、シーム部、または各端部が損傷する恐れがあり得ることから、プリーツ加工型カートリッジでは平坦な最終フィルタを別に設け、重要用途、例えば、製薬及び経静脈補液の殺菌の確実性を高めている。更には、プリーツ加工型カートリッジは、その構造上数多くの異なる材料を使用するため、保持液中に抽出される物質源が増大する。]
[0005] 現在入手可能なフィルタカートリッジは被処理液の圧力を低下させ、それが、フィルタカートリッジを通してプロセス処理され得る流体容積を制限している。圧力低下の度合いはフィルタカートリッジ内の流体通路長に密接に関係する。流体通路長が長い程、圧力低下度合は増大する。
米国特許第４，５０１，６６３号には、積層した複数のろ過モジュールで構成され、外側ハウジングを別個に備えるろ過カートリッジが開示される。当該ろ過カートリッジは、ホールドアップ体積が大きく、従ってサンプル損失を生じ得ることから望ましくない。
米国特許出願番号第６０／９２５，７７４号には、フィード入口と、透過液出口とを中央部分に有するろ過カートリッジが開示される。当該ろ過カートリッジでは、流入する流体フィードをろ過カートリッジの中央部分からその周囲部分に送るための流体逸らせプレートが必要とされる。流体逸らせプレートはろ過カートリッジへの非作動要素の追加になることから望ましくない。]
[0006] 現在、ろ過カートリッジの完全性テストでは、バイナリガスを使用してろ過カートリッジ内の膜フィルタの欠陥の有無を判定する。当該テストは、バイナリガスが、法線方向流ろ過（ＮＦＦ）モード（デッドエンドろ過）ではなくむしろ、接線方向流ろ過（ＴＦＦ）モード下に流動する場合に高精度化される。完全性テストは、ここに引用することにより本明細書の一部とする米国特許出願番号第１１／５４５，７３８号に記載される。従って、ＮＦＦろ過モード状態下にろ過カートリッジの完全性テストを実施するためには、ろ過カートリッジはＴＦＦ及びＮＦＦの両モード下に動作可能であるべきである。]
[0007] 従って、フィード入口及び透過液出口が共に１つの、簡易構造のろ過カートリッジを提供することが望ましい。また、ＴＦＦ及びＮＦＦの両モード下に作動し得る如きろ過カートリッジを提供することが望ましい。更には、非作動要素が最小であるろ過カートリッジを提供することがコスト削減上望ましい。また、被処理流体がろ過カートリッジ内で圧力低下を生じないろ過カートリッジを提供することが望ましい。]
先行技術

[0008] 米国特許第４，５０１，６６３号
米国特許出願番号第６０／９２５，７７４号
米国特許出願番号第１１／５４５，７３８号]
発明が解決しようとする課題

[0009] フィード入口及び透過液出口が共に１つの、簡易構造のろ過カートリッジを提供することであり、また、ＴＦＦ及びＮＦＦの両モード下に作動し得る如きろ過カートリッジを提供することであり、更には、非作動要素が最小である、コスト削減上望ましいろ過カートリッジを提供することであり、更には、被処理流体がろ過カートリッジ内で圧力低下を生じないろ過カートリッジを提供することである。]
課題を解決するための手段

[0010] 本発明によれば、ろ過カートリッジの入口から、少なくとも１つの膜を通過して、ろ過カートリッジの出口に至る流体流れを保証する、１つまたは相互に積層状態で接着した複数のろ過ユニットにより構成されるろ過カートリッジが提供される。ろ過カートリッジはＴＦＦ及びＮＦＦの両モード下に動作可能である。ろ過は、デッドエンド式の、法線方向流ろ過（ＮＦＦ）モードで実施される。各ろ過ユニットは２枚の膜支持プレートを含み、各膜支持プレートはその外側周囲部分が相互にシールされた積層ろ過ユニットを構成する。各膜支持プレートは第１表面及び第２表面を有する。単一の膜または複数の膜の如きろ過膜が、各膜支持プレートの第１及び第２の各表面の各々に接着される。ろ過カートリッジには端部キャップと、流体入口と、透過液出口と、通気口として機能する第２出口とが設けられる。端部キャップはカートリッジをシールし、また、フィード入口からの流れを、各膜を通過させて出口から排出させるよう配行する。
透過液はろ過カートリッジ内の２つの流路を通過し、かくして、平均流体通路長は、水平断面が同じである流体通路を１つ有するろ過カートリッジにおける流体通路の半分となる。透過液用の流体通路を２つ設けたことにより、カートリッジ内部の圧力低下度が実質的に低減される。]
発明の効果

[0011] フィード入口及び透過液出口が共に１つの、簡易構造のろ過カートリッジが提供され、また、ＴＦＦ及びＮＦＦの両モード下に作動し得る如きろ過カートリッジが提供され、更には、非作動要素が最小である、コスト削減上望ましいろ過カートリッジが提供され、更には、被処理流体がろ過カートリッジ内で圧力低下を生じないろ過カートリッジが提供される。]
図面の簡単な説明

[0012] 図１は、本発明のろ過カートリッジの斜視図である。
図２は、本発明の膜支持プレートの第１表面側から見た分解斜視図である。
図３は、図２の膜支持プレートの、図２の上下を反転した状態で示す、底面側からの分解斜視図である。
図４は、１つのろ過ユニットを持つ本発明のろ過カートリッジの断面図である。
図５は、２つのろ過ユニットを持つ本発明のろ過カートリッジの断面図である。
図６は、ろ過カートリッジ内の透過液流路を示す、図２の膜支持プレートの第１表面の分解斜視図である。] 図１ 図２ 図３ 図４ 図５ 図６
実施例

[0013] 図１を参照するに、フィルタ面積が、例えば０．５平米である内蔵型のろ過カートリッジ２０が示される。ろ過カートリッジ２０は、頂端部キャップ２２と、底端部キャップ２４と、複数のろ過ユニット２６と、を含み、頂端部キャップ２２にはフィード用の入口２８と、透過液用の出口３０と、ガス通気用の通気口２７と、が設けられる。頂端部キャップ２２及び底端部キャップ２４及びろ過ユニット２６は同一プラスチック材料製であり且つそれらの外側周囲部分に熱または溶剤等で選択的に相互溶接することが好ましい。入口２８、出口３０、通気口２７は、夫々がチューブその他の導管に連結するようになっている。] 図１
[0014] 任意の好適形式の通気口２７は、頂端部キャップ２２を貫いて伸延し、かくして始動時にろ過カートリッジからの排気を可能とさせ、また、ＴＦＦモード下にろ過カートリッジ２０を動作させる場合の膜の欠陥テスト用のガスを通気させる。膜の欠陥テスト用のガス通気は、例えば、開放状態でガスを排気させる弁を手動で開き、次いで当該弁を閉じることが含まれ得る。
使用に際し、被ろ液を入口２８を通してろ過ユニット２６の積層体に送り、以下に説明する如く積層した各ろ過ユニット２６内部の各ろ過膜に通し、ろ過膜を通した透過液を出口３０から排出させる。]
[0015] 図２及び図３を参照するに、膜支持プレート３２が示され、上面３４（図２）と、底面３６（図３）とを有している。上面３４は、膜４０よりも大きい大型の膜３８を収受するための比較的大きな内径（ＬＩＤ：大内径）を有する。より小さい膜４０を収受する底面３６の内径は比較的小さい（ＳＩＤ：小内径）。図２及び図３に示すろ過プレート４２は膜支持プレート３２と、２つの膜３８及び４０とを含み、これらの膜支持プレート３２と、２つの膜３８及び４０とは、膜シール部位４４及び４６の位置で膜支持プレート３２の全周囲部分に対してシールされる。流体をろ過し得るろ過ユニット２６は、２つのろ過プレート４２を各ＳＩＤ位置で相互に連結（シール）して形成する。積層したろ過ユニット２６は、各ろ過ユニット２６を各ＬＩＤ位置で相互に連結（シール）して形成する。このように各ＳＩＤ位置及び各ＬＩＤ位置で各表面をシールすることにより、流体流れを流通させ得る積層ろ過ユニット２６（図１）が形成され、かくして、当該積層ろ過ユニット２６から形成したろ過カートリッジ２０（図１）の出口３０から排出される以前に、全入力流体フィードが膜３８または４０を通過することが保証される。] 図１ 図２ 図３
[0016] 図２及び図３に示すろ過プレート４２は、フィード入口孔４８と、透過液出口孔５０と、２つの透過液通路孔５２及び５４と、通気孔５６とを含む。２つの透過液通路孔５２及び５４は各々、透過液出口孔５０及び出口３０（図１）と流体連通される。使用に際し、ろ過カートリッジ２０へのフィードは入口２８（図１）から流入し、フィード入口孔４８を矢印２９で表す如く通過する。ＳＩＤ側（図３）では流体フィードは膜４０を通過して透過液を生成し、当該透過液は溝６０を２方向の一方に矢印５８で表す如く移動する。透過液はプレート３２上の点線６２で表わす溝６０の長さの中間位置から、膜４０の縁部６１または６３の何れかの最遠位置まで移動する。透過液は、平均すると、溝６０の長さの２５％である点線６４または点線６６の何れかの位置から、膜４０の縁部６１または６３の何れかまで移動する。透過液はポスト６８、６８間に位置決めした空間６８ａを通過した後、透過液通路孔５２または５４を矢印３１または３７で表す如く通過し、透過液出口５０から矢印３５で示す如く排出され、出口３０（図１）に向かう。ＬＩＤ側（図２）では流体フィードは膜３８を通過して透過液を生成し、生成した透過液は溝７１を２方向の一方に矢印６９で表す如く移動する。透過液はプレート３２上の点線７３で表わす溝７１の中間位置から、膜３８の縁部７５または７７の何れかの最遠位置まで移動する。透過液は、平均すると、溝７１の長さの２５％である点線７９または点線８１の何れかの位置から、膜３８の縁部７５または７７の何れかまで移動する。透過液は透過液通路孔５２または５４を矢印３１または３７で表わす如く移動し、透過液出口５０から矢印３５で表わす如く排出される。図６に示す如く、流体フィード６９ａ及び６９ｂは膜３８及び４０を通過する。生成した透過液は矢印５２ａ及び５４ａで示す如く通路に沿って移動し、矢印５０ａで示す如く透過液出口５０を出、次いで出口３０（図１）に向かう。] 図１ 図２ 図３ 図６
[0017] 図４を参照するに、端部キャップ６５及び６７に対してシールしたろ過ユニット２６が示される。ろ過ユニット２６は、図２及び図３に示す２枚のろ過プレート４２を含み、図２の線４−４に沿って切断した断面図として示される。膜支持プレート３２はプレートのシール６４、６８及び７０の位置で相互にシールされる。膜３８は膜シール領域７２位置で膜支持プレート３２に対してシールされる。膜４０は膜シール領域７４位置で膜支持プレート３２に対してシールされる。膜支持プレート３２には、内側孔列７６及び外側孔列７８が設けられる。図４に黒矢印で示すように、全流入フィード流体８０は透過液８２として回収される以前に必ず膜３８または４０及び透過液出口孔５２及び５４を通過する。ろ過ユニット２６は外側プレートシール６４位置でその外側周囲部分がシールされ、ＳＩＤ側のプレートシール７０（図３）位置でその内側周囲部分がシールされ、またＬＩＤ側（図２）の外側プレートシール６６ａ及び内側プレートシールの各位置でシールされる。各シール７０、６４、５９、６６ａは、透過液出口孔５２及び５４（図２及び３）を包囲する表面から隆起され、かくして透過液出口孔５２及び５４から透過液出口孔５０への流路を提供する。ろ過ユニット２６は外側プレートシール６６位置で端部キャップ６５に対してシールされ、外側周囲シール６９位置で端部キャップ６５に対してシールされる。流体フィードをろ過ユニット２６に導入するための入口（図示せず）が設けられる。通気口２７及び出口３０が、図１に示す態様で設けられる。シール６４、６６ａ及び６９は、所望の流体流れを生じさせるための追加的な外側ハウジングを不要化させる。] 図１ 図２ 図３ 図４
[0018] 図５を参照するに、相互にシールした２つのろ過ユニット２６が示される。図５では、図４と同じ要素には同じ参照番号が付記される。図５では、複数のろ過ユニット２６を積層し且つ相互にシールすることにより、２つの透過液通路孔５２または５４を有し且つ追加的な外側ハウジングを持たないろ過カートリッジ２０（図１）が形成されている。
使用に際し、膜３８及び４０の完全性が、ＴＦＦモード下に通気口２７を開放した状態でバイナリガスの如きガスを用いてテストされた。] 図１ 図４ 図５
[0019] 次いで通気口２７が先ず開放され、流体フィードが入口２８から導入され、生成した透過液がろ過カートリッジ２０内のガスに置換した。次いで通気口２７が閉鎖されると、通気孔５６（図２及び３）が未ろ過流体フィードで満たされた。過剰の未ろ過流体フィードはろ過実施時間に渡り出口３０を通して除去された。ろ過実行後、未ろ過流体フィードは通気口２７及び出口３０を通してろ過カートリッジから排出可能とされた。] 図２
[0020] ２０ ろ過カートリッジ
２２頂端部キャップ
２４底端部キャップ
２６ ろ過ユニット
２７通気口
２８ 入口
３０出口
３２膜支持プレート
３４ 上面
３６ 底面
３８ａ 膜
３８ 膜
４０ａ 膜
４０ 膜
４２ ろ過プレート
４４膜シール部位
４８フィード入口孔
５０透過液出口孔
５２、５４透過液通路孔
５６通気孔
５８ 矢印
６０ 溝
６４シール
６５端部キャップ
６６ａ外側プレートシール
６７ 端部キャップ
６８ポスト
６８ａ 空間
７０プレートシール
７１内側プレートシール
７６内側孔列
７８外側孔列
８０ 全流入フィード流体
８２ 透過液]

权利要求:

請求項1
流体入口及び流体出口を有するろ過カートリッジであって、各々が２つの膜支持プレートを含み、各膜支持プレートが、該膜支持プレートの底面及び上面に接合した少なくとも１つのろ過膜を有する少なくとも１つのろ過ユニットにして、外側周囲表面位置で相互に接合することにより、流体フィードの、ろ過膜の少なくとも一方を通過する以外による流体出口への流入を防止するシールを形成するろ過ユニットと、頂端部キャップと、底端部キャップと、頂端部及び底端部の各キャップの一方における通気口と、流体入口から、ろ過膜及び流体出口に至る流体流路にして、流体入口からの流体フィードのろ過膜バイパスを防止し且つ透過液を流体出口に流動させるための２つの透過液通路を提供する流体流路と、を含むろ過カートリッジ。
請求項2
複数のろ過ユニットを有する請求項１のろ過カートリッジ。
請求項3
膜支持プレートが、膜支持プレートの各々における上面及び底面から流体出口への透過液流れを許容する流体通路を含む請求項１のろ過カートリッジ。
請求項4
膜支持プレートの底面に接合した複数のろ過膜と、膜支持プレートの上面に接合した複数のろ過膜と、を有する請求項１のろ過カートリッジ。
請求項5
膜支持プレートの底面に接合した１つのろ過膜と、膜支持プレートの上面に接合した１つのろ過膜と、を有する請求項１のろ過カートリッジ。
請求項6
頂端部及び底端部の各キャップが、開放した通気口を含む請求項１のろ過カートリッジ。
請求項7
流体入口及び流体出口を有するろ過カートリッジであって、膜支持プレートを含むろ過ユニットにして、膜支持プレートが、該膜支持プレートの底面及び上面に接合したろ過膜を有し、該膜支持プレートが、その内側周囲表面位置及び外側周囲表面位置で第１分離プレート及び逸らせプレートに接合されることにより、流体フィードの、ろ過膜の少なくとも一方を通過する以外による流体出口への流入を防止するシールを形成するろ過ユニットと、流体入口を有する頂端部キャップと、流体出口を有する底端部キャップと、頂端部キャップに接合した第２分離プレートと、前記第１分離プレートが前記底端部キャップ及びろ過ユニットに接合され、前記逸らせプレートがろ過ユニット及び第２分離プレートに接合され、流体入口からろ過膜を貫き流体出口に至る流体流路が、流体入口からの流体フィードのろ過膜バイパスを防止するろ過カートリッジ。
請求項8
流体流路内の、相互に間隔を置いたプロングを含む請求項７のろ過カートリッジ。
請求項9
逸らせプレートが、相互に間隔を置いたプロングを含む請求項７のろ過カートリッジ。
請求項10
膜支持プレートが、各膜支持プレートの上面及び底面から流体出口への保持液流れを許容する流体通路を含む請求項７のろ過カートリッジ。
請求項11
頂端部及び底端部の各キャップが、開放した通気口を含む請求項７のろ過カートリッジ。