可测试完整性的多层过滤装置的制作方法

专利名称：可测试完整性的多层过滤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过滤装置，其具有两个以上的分设的过滤层，所述过滤层可以在 组装的过滤装置中单独地测试完整性，同时，过滤装置允许串联过滤流过两个以上的过滤 层，以获得预期的特性，例如阻滞性。 在本发明的一种实施方式中，使用位于同一壳体内的两个分设的过滤元件，其中 一个过滤元件密封在壳体的入口上，另一个过滤元件密封在壳体的出口上。端口在两个过 滤元件之间形成于壳体中。利用这种方式，可以如下测试第一过滤元件的完整性，即封闭出 口并打开端口 ，利用适宜的液体润湿滤膜，使一种或多种气体或是液体流经第一过滤元件 而到达端口，由此，其流量、浓度或其它诸如此类的参数被检测，以提供完整性的代表值。可 以如下测试第二过滤元件，即封闭入口并打开端口 ，利用适宜的液体润湿第二过滤元件，使 一种或多种气体或是液体流经第二过滤元件而到达端口 ，由此，其流量、浓度或其它诸如此 类的参数被检测，以提供完整性的代表值。
过滤装置可以由一系列平板形式的过滤体或滤膜、同心布置的过滤体或滤膜(优 选为褶式的)或类似物形成，各过滤体或滤膜彼此分开，相邻的层(多层)之间具有端口， 从而可以对每个单独的层进行完整性测试。在多层式过滤装置中，位于所关注的滤膜两侧 的端口构成用于测试的入口和出口 。 根据本发明，一种过滤装置具有两层以上的过滤材料，其中所述两层以上的过滤 材料中的每层可在组装的过滤装置中被独立且单独地测试完整性，过滤装置包括具有入 口、出口、内孔和放泄孔的壳体以及由所述过滤材料形成的两个以上的过滤层，所述过滤层 布置在所述内孔中，以在过滤层与壳体之间形成间隙；所述放泄孔设置在所述间隙中，用 于在测试过滤材料的完整性时提供中间路径，以使流体只流经一层过滤材料而从放泄孔流 出；其中第一过滤层液密性密封在壳体的入口处；第一过滤层具有第一过滤元件，第一端 盖，其密封在第一过滤元件第一端并且具有与壳体入口流体连通的第一开口 ，以及多孔的 中央芯体，其使得第一开口和第一过滤元件之间流体连通，第一过滤元件的相反端密封于 封闭的第二端盖；第二过滤层具有第二过滤元件，第三端盖，其密封在第二过滤元件的第一 端，所述第三端盖具有与壳体出口流体连通的第二开口 ，并且第三端盖具有多孔的第二中 央芯体，其使得第二开口和第二过滤元件之间流体连通，第二过滤元件的相反端密封于封 闭的第四端盖。


图1示出了本发明第一实施方式的剖视图。 图2A-C示出了本发明第一实施方式的操作的剖视图。 图3示出了本发明第二实施方式的分解图。 图4示出了图3中的间隔体的剖视图。 图5示出了本发明第三实施方式的剖视图。 图6A-C示出了本发明第三实施方式的操作的剖视图。 图7示出了本发明另一实施方式。 图8示出了本发明又一实施方式。 图9A-C示出了本发明附加实施方式的剖视图。 图10示出了本发明又一实施方式的剖视图。 图11示出了多层形式的图10中的实施方式。
具体实施例方式
本发明包括过滤器壳体，其带有两层以上(两层或更多层)的过滤体。各层优选 彼此分隔开，以在它们之间提供出腔室或间隙。端口或放泄孔在两层之间布置在腔室或间 隙中，以提供出中间路径，以使气体或液体流经一层过滤体或滤膜并从端口或放泄孔排出， 以进行完整性测试。 图1示出了本发明第一实施方式。装置2包括具有入口 6、出口 8和放泄孔10的 壳体4，以及两个以上的过滤层12A和12B(本例中示出了两个)。第一过滤层12A液密性 地密封在壳体4的入口上。 如图所示，第一层12A具有过滤元件14，优选为如图所示的褶式过滤元件，第一端盖16，其密封在过滤元件14的第一端并且具有与壳体4的入口 6流体连通的开口 18，以及 中央芯体20，其为多孔的，以允许该开口和过滤元件14之间形成流体连通。过滤元件14的 另一端密封在封闭的第二端盖22上。 如图所示，第二层12B具有过滤元件14B，优选为如图所示的褶式过滤元件，第一 端盖16B，其密封在过滤元件14B的第一端并且具有与壳体4的出口 8流体连通的开口 18B， 以及中央芯体20B，其为多孔的，以允许开口 18B和过滤元件14B之间形成流体连通。过滤 元件14B的另一端密封在封闭的第二端盖22B上。优选地，这两个封闭的端盖22和22B彼 此密封在对方上，尽管并非必须如此。 还如图所示，壳体可以由两个以上的部件形成，以便用于组装。在第一实施方式
中，壳体4由三个部件组成，即主体24以及分别包含入口 6和出口 8的两个壳体端盖26
和28。部件24-28液密性地密封在一起，例如通过热结合或超声结合、溶剂结合、重叠模塑
(overmolding)、粘结剂以及其它方式，如本领域所公知。 在组装后，装置需要进行完整性测试。图2A-C示出了如何进行。 在图2A中，常规过滤流以箭头表示。流体进入入口6，到达第一层的开口 18中，然
后进入芯体20。接着，流体穿过过滤元件14，通过众所周知的技术例如体积排除、吸附、相
亲性/相厌性或电荷排斥而留下任何预期被过滤体去除的污质。流体离开第一层并进入壳
体30的内孔。然后，进入第二过滤层14B，穿过芯体20B，流到开口 18B，并且进入出口 8，由
此离开壳体4。与第一层一样，流体穿过过滤元件14B，通过众所周知的技术例如体积排除、
吸附、相亲性/相厌性或电荷排斥而留下任何预期被过滤体去除的污质。过滤体可以与第
一层相同，或者，如有必要，可以在体积排除特性、吸附能力等方面有所不同。 为了对第一层进行完整性测试，图2B中的配置被采用。这里，第一过滤层14被液
体润湿，该液体适合于将被使用的一或多种气体。然后，出口8被封闭(如图所示，利用盖
7B，当然其它装置例如阀(未示出)等也可被使用)，放泄孔IO被打开并连接到适宜的检测
装置(未示出)。 一或多种选定的气体或液体以预定的压力或压力系列流经入口6，流量或
气体浓度的变化(如后面所解释)被连接着放泄孔10的检测装置测量。如有必要，所有实
施方式均可以反向实施测试，即从放泄孔流入，并从"入口 "或"出口 "流出，这取决于所测
试的过滤元件。 为了对第二层14B进行完整性测试，图2C中的配置被采用。这里，第二过滤层14B 被液体润湿，该液体适合于将被使用的一或多种气体。然后，入口6被封闭(如图所示，利 用盖7当然其它装置例如阀(未示出)等也可被使用)，并且放泄孔10被打开并连接到适 宜的检测装置(未示出)。 一或多种选定的气体以预定的压力或压力系列流经出口8，流量 或气体浓度的变化(如后面所解释)被连接着放泄孔10的检测装置测量。
可以将每层的测试值与制造商提供的可接受值或范围进行比较，以确定(判断) 每层是否完整。如果是完整的，装置可以被使用。 利用图2A-C所描述的处理步骤，可以在流体(气体或液体)过滤之后进行类似的 过程，以确保装置在其使用过程中维持完整性。 由于每层可以被独立地进行完整性测试，因此可以采用传统测试技术例如空气/ 水扩散测试技术，如前面所描述。或者，可以采用更为复杂和敏感的测试技术，例如John Lewnard于本申请的申请日提交的名称为"Methods and Systems for Integrity testing
5ofPorous Materials"的共同未决申请中所主张的双气体测试。例如，基于所选定的气体， 可以使用水、酒精、水和酒精的混合物等等。两种气体被选择，其中一种气体具有在所选择 的液体中的高溶解性，另一种气体具有在同样液体中的低溶解性。所选择的气体包括但不 局限于二氧化碳、氢气、氦气、氟利昂、六氟化硫或其它全氟气体、惰性气体等。对于许多过 滤器而言，二氧化碳是优选的高渗透性气体，氢气、氦气和全氟碳气体是优选的低渗透性气 体。双气体混合物以图2A-C所示的方式以彼此之间相对的预定量引入，并且其体之一或二 者的量被检测装置例如过滤层下游侧的气体色谱或质谱仪测量，以确定受检气体流中的每 种气体的相对量是否转变。如果测得的气体量(浓度)不同于初始添加到系统中的气体预 定量，则检测为存在缺陷。如果没有发现浓度差异，则过滤层被判断为完整的。这里所说的 多孔材料的完整指的是无缺陷。所述预定量可以是例如计算出的在给定温度和压力下扩散 通过完整润湿多孔材料的气体量。给定温度和压力可以是进行试验时的温度和压力。
另一种用于测试完整性的完整性测试方法利用液体-液体孔隙测量测试 (liquid-liquid porometry test)技术，如显示于US5， 282， 380和5， 457， 986 (DiLeo)，其 也可以被用在本发明中。 所采用的完整性测试方法对于本发明而言并非至关重要的。任何能够提供适宜的 完整性值并且不破坏装置的方法都可使用。 图3示出了本发明装置的第二实施方式，其具有两层以上的串联过滤层。在实施 方式中，显示了两层，但带有额外间隔板的额外的层也可被使用。装置50具有第一壳体元 件52，其包含入口 54。还有相应的第二壳体元件56设在装置50的另一端，其包含出口 58。 还如图所示，在第二壳体元件56中设有多孔膜支承栅60。其为第一壳体元件中的可选元 件。在两个元件52和56之间设有间隔板62。间隔板62具有靠近其上表面66并且优选 位于其上表面66上的滤膜64和靠近其下表面70并且优选位于其下表面70上的第二滤膜 68。如图所示，上表面66具有多孔膜支承栅，并且优选地，下表面70具有类似的结构，尽管 下表面70并非必须如此。间隔体在其上下表面之间具有腔室72 (如显示于图4中)。这两 个表面66和70以及腔室72彼此流体连通。腔室72中还设有端口 74。
装置被组装，如显示于图5。图5中列举的所有元件与前面图3和4中的相同。过 滤体或滤膜可以通过各种本领域公知的方法而保持在装置中，所述方法包括但不局限于将 滤膜或过滤体热结合或溶剂结合在间隔体62的上表面66和下表面70上。如有必要，它们 也可以通过重叠模塑技术固定。 图6A示出了通过装置的常规流动。流体进入入口 54，流经第一过滤层64，进入腔 室72，然后通过第二过滤层68，再通过出口 58流出。在这种模式下，端口 74被盖76A封闭， 如图所示，尽管其它装置例如阀或插塞(未示出)同样可以被使用。 图6B示出了如何对第一层64进行整体性测试。这里，第一过滤层64被液体润湿， 该液体适合于所使用的流体，例如一种或多种气体或是其它液体。然后，出口 58被盖76B封 闭，端口 74被打开并连接到适宜的检测装置(未示出)。 一或多种选定的流体以预定的压 力或压力系列流经入口 54，流经润湿的滤膜64并且进入腔室72。然后，流体从端口 74流 出，流量或流体浓度的变化被连接着端口 74的检测装置测量。基于测试结果确定(判断) 第一层的完整性值，以判断其是否通过测试。 图6c示出了如何对第二层68进行完整性测试。这里，第二过滤层68被液体润湿，该液体适合于所使用的流体，例如一种或多种气体或是其它液体。然后，入口 54被盖76C封 闭，端口 74被打开并连接到适宜的检测装置(未示出)。 一或多种选定的流体以预定的压 力或压力系列流经出口 58，通过润湿的滤膜68并且进入腔室72。然后，流体从端口 74流 出，并且流量或流体浓度的变化被连接着端口 74的检测装置测量。基于测试结果确定(判 断)第二层的完整性值，以判断其是否通过测试。 如果所有的层均通过测试，则装置可准备待用。如前所述，如有必要，在使用后，可 以重复相同或相似的测试，以确保装置在使用过程中的完整性。 图7示出了本发明另一实施方式。芯体102具有形成在一端106的出口 104。芯 体102延伸到滤筒108内，并且在顶部110被密封。芯体102具有一系列的开口 112，它们 形成在芯体的一或多个侧壁的一部分上。芯体102与滤筒108内部和出口 104流体连通。
第一滤膜层120围绕着芯体102同心布置。第一层120优选具有圆柱形形状，尽 管也可以采用其它横截面形状，例如椭圆形、三角形或多边形。优选地，滤膜层120是褶式 的，以增大可用表面面积。第一滤膜层120在其竖直边缘(未示出)上被密封，优选通过接 缝(未示出)，如本领域所公知。滤膜的顶部水平表面128密封在第一端盖130上，例如通 过聚合物粘结、溶剂结合、粘结剂或重叠模塑。类似地，滤膜120的底部水平表面密封在第 二端盖134上，例如通过聚合物粘结、溶剂结合、粘结剂或重叠模塑。 第二滤膜层140围绕着第一滤膜层120同心布置于外侧，但与其相隔。第二层140 优选具有圆柱形形状，尽管也可以采用其它横截面形状，例如椭圆形、三角形或多边形，并 且优选与第一层120形状相同。优选地，第二滤膜层140是褶式的，以增大可用表面面积。 第二滤膜层140在其竖直边缘(未示出)上被密封，优选通过接缝(未示出)，如本领域所 公知。滤膜140的顶部水平表面148密封在第一端盖150上，例如通过聚合物粘结、溶剂结 合或粘结剂。类似地，滤膜140的底部水平表面密封在第二端盖154上，例如通过聚合物粘 结、溶剂结合或粘结剂。 如图所示，第一滤膜层120的第一和第二端盖130U34的内边缘液密性密封在芯 体102的相应外表面上。第二滤膜层140的第一和第二端盖150U54的内边缘液密性密封 在第一滤膜层120的第一和第二端盖130、 134的相应外表面上。多孔滤筒壳体160围绕着 第二滤膜层140同心布置在其外侧，该壳体液密性密封在第二滤膜层140的端盖150、 154 的外边缘上并且用作进入装置的入口。通过这种方式，进入壳体160的液体必须流经第一 滤膜层120然后流经第二滤膜层140，然后才能进入芯体102和通过出口 104离开过滤体。
第一层120和第二层140之间的空间中设有端口 156，其允许在组装形式下对每 层单独地进行完整性测试。测试方法类似于前面针对图2A-C和6A-C中的实施方式所描述 的。 图8是图7中的装置的一种实施方式，其中第三过滤层200同心地添加在第二层 之外、外部壳体160之内。第二端口 202在第二层140和第三层200之间设在壳体中，并且 与两层140和200之间的空间204流体连通。 为了测试第三层200滤膜，要封闭端口 156和出口 104，如前面所描述。利用通过 多孔壳体壁160或端口 202引入到第三层的液体，第三层被润湿。如前所述的流体例如一 种或多种气体或是液体可以流经壳体壁160、第三层200，并且流出端口 202而到达适宜的 检测器。
图9A-C示出了本发明另一实施方式。在本实施方式中，装置210是平板式过滤装 置，其由两个区域的过滤体212和214形成，每个过滤体能够在装置210独立地测试完整 性。装置具有壳体216，其包含入口 218、出口 220、中间端口 222和中央芯体224。如图所 示，第一区域的过滤体212被选择性地密封在布置于壳体216中的无孔材料支承部226上， 以在入口 218和芯体224之间产生经过过滤体212的流路。类似地，第二区域的过滤体214 被选择性地密封在布置于壳体216中的无孔材料支承部226上，以产生由芯体224或中间 端口 222经过过滤体214至出口 220的流路。 在如图9A所示常规使用中，流体通过入口 218流入，然后流过第一区域的过滤体 212而进入中央芯体224。在该操作中，中间端口 222被封闭。然后，流体流经第二区域的 过滤体214，并从出口 220排出。 为了测试第一区域的过滤体212的完整性，出口 220被封闭，端口 222打开，如显 示于图9B。过滤体被润湿，然后至少一种流体(气体或液体)通过入口 218以预期的压力 (压力系列)供应到第一区域的过滤体212，用于检测流量或浓度变化的检测器安装在端口 222下游，以检测所述变化并且提供测量值。 为了测试第二区域的过滤体214的完整性，入口 218被封闭，端口 222打开，如显 示于图9C。过滤体被润湿，然后至少一种流体(气体或液体)通过出口 220以预期的压力 (压力系列)供应到第二区域的过滤体214，用于检测流量或浓度变化的检测器安装在端口 222下游，以检测所述变化并且提供测量值。 图10和11示出了另一实施方式，其中一系列的过滤装置使用了平板过滤体。该设 计可以是层叠的平板结构，如本领域所公知，例如，但不局限于，麻塞诸塞州Billerica的 MilliporeCorporation供应的Prostak⑧和Pellicon⑧滤筒系统。在图10中，显示了单一 的滤筒。其包括入口歧管250、第一过滤层252、具有端口 256的中间间隔层254、第二过滤 层258和出口歧管260，所有这些被密封在一起而形成单一的单元。通过选择性地封闭入 口 250、出口 260之一并打开端口 256，可以利用前面参照其它实施方式所描述的方法对每 层进行完整性测试。 图11示出了采用本发明典型双滤筒系统。与图10中相同的元件采用相同的附图 标记表示。每个单元被彼此靠近着叠加，并且被设计成使得它们的入口和出口彼此对正。每 个单元具有自己的端口 256，其为单元中的过滤体服务。多个这样的单元可以在具有公共入 口和出口的公共保持器中叠加在一起，并且用作多滤筒式系统，如本行业中所公知。
在包含三层以上(三层或更多层)的装置中，各层过滤体之间应分别具有端口。通 过这种方式，被测试的层的每侧的端口被用作完整性测试所用的入口和出口。可选地，在本 发明另一实施方式中，装置可以被制作成具有阀，所述阀连接着多层之间的端口，从而可以 同时测试一叠层的若干对滤膜。 这样，通过本发明，通过在各层之间分别提供可选择性打开和关闭的端口 ，借助于 所述端口可以对整体串联式过滤装置中的每层单独地进行完整性测试，因而可以对装置中 的无限多个层进行完整性测试。 本发明的装置和方法可以与任何尺寸的任何过滤介质一起使用，其适于利用气体 或液体检测完整性。过滤膜可以是微孔、超滤(UF)、纳滤或逆渗透滤膜，其由聚合物形成， 所述聚合物选自烯烃类，如超高分子量聚乙烯等聚乙烯、聚丙烯、EVA共聚物和a-烯烃，茂金属烯烃聚合物，PFA， MFA， PTFE，聚碳酸酯，诸如PVC的乙烯基共聚物，诸如尼龙的聚酰 胺，聚酯，纤维素，乙酸纤维素，再生纤维素，纤维素复合物，聚砜，聚醚砜(PES)，聚芒砜，聚 苯砜，聚丙烯腈，聚偏二氟乙烯(PVDF)，以及它们的混合物。所选择的滤膜主要取决于应用、 所需的过滤特征、将被过滤的微粒类型和尺寸、以及所需的流量。 其它过滤部件例如端盖、入口、出口、壳体、芯体、端口、阀等可由各种不同的材料 制成，例如金属、陶瓷、玻璃或者塑料。优选地，所述各部件是由塑料制成，更加优选的是 由热塑性塑料制成，例如聚烯烃，更具体地讲聚乙烯和聚丙烯，它们的均聚物或共聚物，乙 烯-醋酸乙烯(EVA)共聚物；聚砜，聚醚砜(PES)，聚芒砜，聚苯砜，聚碳酸酯；苯乙烯；PTFE 树脂；诸如PFA的热塑性全氟聚合物；尼龙和其它聚酰胺；PET以及上述任何物质的混合 物。 实施例 根据图3中的实施方式，利用Millipore Corporation供应的PES超滤膜，制成过
滤装置。 滤膜的顶层和底层都用水润湿，端口打开，出口被插塞封闭。空气以75psi的压力 通过入口流入过滤层，然后利用布置在端口下游的流量计测取流量。测得的结果< 0. 01cc/ miru 为测试第二层，端口打开，入口被插塞封闭。空气以75psi的压力通过出口流入过 滤层，然后利用布置在端口下游的流量计测取流量。测得的结果< 0.01cc/min。
供货商供应的滤膜的推荐值为< 0. 01cc/min。由于每层的测量值位于这个范围 内，因此每层和整个装置被检测为是完整的。
权利要求
一种过滤装置，具有两层以上的过滤材料，其中所述两层以上的过滤材料中的每层可在组装的过滤装置中被独立且单独地测试完整性，过滤装置包括具有入口、出口、内孔和放泄孔的壳体以及由所述过滤材料形成的两个以上的过滤层，所述过滤层布置在所述内孔中，以在过滤层与壳体之间形成间隙；所述放泄孔设置在所述间隙中，用于在测试过滤材料的完整性时提供中间路径，以使流体只流经一层过滤材料而从放泄孔流出；其中第一过滤层液密性密封在壳体的入口处；第一过滤层具有第一过滤元件，第一端盖，其密封在第一过滤元件第一端并且具有与壳体入口流体连通的第一开口，以及多孔的中央芯体，其使得第一开口和第一过滤元件之间流体连通，第一过滤元件的相反端密封于封闭的第二端盖；第二过滤层具有第二过滤元件，第三端盖，其密封在第二过滤元件的第一端，所述第三端盖具有与壳体出口流体连通的第二开口，并且第三端盖具有多孔的第二中央芯体，其使得第二开口和第二过滤元件之间流体连通，第二过滤元件的相反端密封于封闭的第四端盖。
2. 如权利要求1所述的装置，其中，第一过滤层以及至少第二过滤层是褶式的。
3. 如权利要求1所述的装置，其中，所述封闭的第二端盖和所述封闭的第四端盖彼此 密封在一起。
全文摘要
一种可测试完整性的多层过滤装置包括具有入口、出口、内孔和放泄孔的壳体以及由过滤材料形成的两个以上过滤层，过滤层布置在内孔中，以在过滤层与壳体之间形成间隙；放泄孔设置在间隙中，用于在测试过滤材料的完整性时提供中间路径，以使流体只流经一层过滤材料而从放泄孔流出，从而进行完整性测试。
文档编号B01D29/50GK101703853SQ20091026264
公开日2010年5月12日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月21日
发明者凯文·劳蒂奥, 卡里·巴克斯, 柯蒂斯·诺塞达 申请人:米利波尔公司