ES2211117T3 - Dispositivo de filtrado. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de filtrado con dos membranas filtrantes (2) y unas superficies contrarias opuestas a las membranas filtrantes (2) y una cámara para el líquido (12) en forma de intersticio formada respectivamente entre una membrana filtrante y la superficie contraria, estando realizadas las superficies contrarias como superficies enfrentadas de un cuerpo de rotación (1), y que esencialmente están dispuestas perpendiculares al eje de giro del cuerpo de rotación (1), caracterizado porque el dispositivo de filtrado presenta dos medias carcasas (4a, 4b) realizadas como piezas de fundición inyectada, entre las cuales se forma un canal anular (13) que rodea al cuerpo de rotación (1), provisto de una entrada de líquido (14) y de una salida de líquido (15), que se comunican respectivamente con una conexión para tubo flexible y que están previstas en diferentes mitades de carcasa (4a, 4b).

Description

Dispositivo de filtrado.

La presente invención se refiere a un dispositivo de filtrado según el preámbulo de la reivindicación 1. Un dispositivo de esta clase se conoce por la patente EP-A-0 238 335.

Un dispositivo similar se conoce por la patente US-A-5.034.135. En este estado de la técnica ya conocido, el líquido que se trata de filtrar se introduce dentro de un intersticio anular de forma cilíndrica, que se forma entre un cilindro exterior fijo, que forma la superficie contraria y un cilindro filtrador rotativo en el que está dispuesta la membrana filtrante. Este dispositivo es especialmente adecuado para filtrar sangre para separar entre sí los componentes del plasma sanguíneo por una parte y las células hemáticas por otra. La patente US-A-5.034.135 enseña que debido al cilindro filtrador rotativo se genera una fuerza centrífuga dirigida hacia el exterior que impulsa las células hemáticas de la membrana hacia el exterior, mientras que al mismo tiempo se separa el plasma sanguíneo de las células hemáticas gracias a la presión que actúa a través de la membrana filtrante. El filtrado (plasma sanguíneo) obtenido de esta manera se conduce dentro del filtro en dirección radial hacia el interior y se saca de forma continua al exterior a través de una junta rotativa situada en el eje de giro del cilindro filtrador.

El dispositivo conocido es superior a los dispositivos de filtrado convencionales en los que se disgrega una suspensión o una emulsión en una membrana microporosa, exclusivamente debido a la presión a través de la membrana, obteniendo por una parte el filtrado y por otra el concentrado, ya que debido al giro del cilindro filtrador se produce un movimiento relativo entre el líquido y la membrana filtrante, y de esta manera se evita que se obstruyan los poros del filtro debido a los cuerpos sólidos o células o gotitas emulsionadas. Ahora bien, el inconveniente del dispositivo conocido es que resulta relativamente voluminoso. Además, el montaje del dispositivo conocido exige un gasto relativamente elevado para su construcción. Esto se refiere especialmente a la junta rotativa, que por cierto, también puede dar lugar a fugas. Especialmente al filtrar sangre aparece además el problema de obtener un cierre estanco seguro y fiable.

Por la patente WO 97/19745 se conoce un dispositivo con un cuerpo giratorio rotativo dispuesto entre unas chapas conductoras, que por su extremo radial exterior están unidas por medio de una membrana filtrante que se extiende esencialmente paralela al eje de giro del cuerpo rotativo. El cuerpo rotativo presenta en su superficie unos puentes en forma de espiral que al girar el cuerpo rotativo fuerzan un flujo del líquido que se trata de filtrar desde el centro del eje de giro radialmente hacia el exterior y finalmente a través de la membrana filtrante. El líquido que se trata de filtrar está recogido en un recipiente dentro del cual están también sumergidos el cuerpo rotativo y la membrana filtrante. Este dispositivo de filtrado conocido es muy complejo y de un rendimiento relativamente reducido ya que la superficie filtrante es relativamente pequeña.

Por la patente WO 90/00069 se conoce un sistema de tratamiento para sangre humana que comprende un dispositivo de filtrado en el cual se separan en primer lugar los componentes corpusculares de la sangre respecto a los componentes líquidos por medio de filtrado, se lavan las células hemáticas concentradas y a continuación se llevan las células hemáticas lavadas a una segunda zona de filtración, para separarlas del líquido de lavado. La realización de las diferentes zonas de tratamiento da lugar a una disposición muy compleja. Por este motivo el dispositivo conocido resulta relativamente caro y poco rentable en su aplicación cuando se trata únicamente de filtrar un líquido, en particular sangre.

También el dispositivo de filtrado conocido, citado inicialmente, que forma el estado de la técnica (EP-A-0 238 335) tiene una estructura relativamente compleja y comprende tres componentes diferentes que forman cada uno una cámara de líquido. Las cámaras de líquido están separadas entre sí, respectivamente, por medio de una membrana filtrante. También se impide el flujo del líquido que se trata de filtrar por el interior del dispositivo, al estar realizadas las entradas y salidas del flujo a poca distancia del cuerpo rotativo.

La presente invención tiene como objetivo perfeccionar un dispositivo de filtrado, de la clase citada inicialmente, que ocupe poco espacio y que se pueda fabricar especialmente de forma más sencilla y económica.

Para resolver este objetivo se describe con la presente invención un dispositivo de filtrado con las características de la reivindicación 1. Unos perfeccionamientos preferidos se indican en las subrreivindicaciones.

Dado que la cámara para el líquido se extiende paralela a la superficie de un cuerpo rotativo, que está dispuesta esencialmente perpendicular al eje de giro del cuerpo rotativo, el dispositivo de filtrado objeto de la invención se puede realizar, con una superficie relativamente grande pero ocupando relativamente poco espacio, en comparación con la disposición conocida de tambor. Gracias a la disposición fija de las membranas se simplifica la disposición constructiva del dispositivo de filtrado objeto de la invención. A través del canal anular se puede recoger el líquido y conducirlo a la salida del líquido. Gracias a que la entrada y la salida del líquido están realizadas en mitades distintas de la carcasa, ésta se puede formar preferentemente a partir de dos medias carcasas idénticas, lo que representa la forma de realización preferida de la invención, con vistas a simplificar la fabricación del dispositivo objeto de la invención.

El cuerpo rotativo del dispositivo de filtrado objeto de la invención presenta una extensión radial considerablemente mayor que la axial y está formado preferentemente por un disco, en particular, un disco circular. La superficie puede ser lisa o también estructurada para favorecer la formación de microturbulencias. Con vistas a una fabricación económica y sencilla se debe preferir realizar el cuerpo rotativo como disco plano. Pero alternativamente el disco también puede tener una sección, por ejemplo, cónica o de tronco de cono.

En otra realización preferida de la presente invención, que es especialmente adecuada para la filtración de sustancias tóxicas o también de sangre u otros líquidos corporales, el cuerpo rotativo tiene un accionamiento sin contacto físico. En consecuencia, se puede renunciar a un eje que atraviese la carcasa del dispositivo de filtrado que esté unido sin torsión con el disco. La carcasa está más bien sellada hacia el exterior en la zona del apoyo del eje, de manera que se evite con seguridad la salida, por ejemplo, de líquido tóxico o la entrada de gérmenes o bacterias en la cámara para el líquido. Para el accionamiento sin contacto físico se prefiere un cuerpo rotativo que sea conductor metálico, de manera que el accionamiento tenga lugar por medio de inducción magnética mediante un campo magnético rotativo que actúa desde el exterior. De esta manera se puede llevar a cabo de forma sencilla el cambio de los dispositivos de filtrado usados y el acoplamiento con el accionamiento para el cuerpo rotativo con apoyo giratorio.

Otros detalles característicos y ventajas de la presente invención se deducen de la siguiente descripción de ejemplos de realización de la presente invención, junto con los dibujos adjuntos. Estos muestran:

Figura 1 una representación esquemática del macroflujo generado en la cámara para el líquido en forma de intersticio;

Figura 2 una vista en sección longitudinal de un ejemplo de realización de la presente invención, y

Figura 3 una vista en sección a lo largo de la línea III-III de la figura 2.

La figura 1 muestra una vista esquemática de las partes esenciales de un ejemplo de realización de la presente invención que comprende un disco rotativo 1 y una membrana fija 2. El flujo que se forma en régimen estacionario, es decir, con un giro constante del disco, comprende por una parte el torbellino de líquido de forma espiral 3a provocado por el giro del disco 1, que se extiende paralelo a la superficie circular del disco 1 y que se forma próximo al disco 1. Próximo a la membrana 2 se forma también un torbellino 3b producido por las fuerzas de cortadura generadas por el giro del disco 1. El torbellino 3a y el torbellino 3b tienen el mismo sentido de giro. El torbellino de líquido de forma espiral 3a formado en la proximidad del disco 1 tiene, sin embargo, una componente de velocidad dirigida radialmente hacia el exterior, mientras que el torbellino de líquido de forma espiral 3b situado en la proximidad de la membrana 2 tiene una componente de velocidad dirigida radialmente hacia el interior.

El líquido introducido en la cámara para el líquido 12 de forma espiral situado entre el disco 1 y la membrana 2 se desplaza primeramente a través del torbellino de líquido 3b a lo largo de la membrana 2 y en el sentido de giro del disco 1 radialmente hacia el interior, hasta alcanzar aproximadamente el centro del disco 1, pasando a continuación al segundo torbellino de líquido de forma espiral 3a que transporta el concentrado con un movimiento de forma espiral paralelo al disco 1, radialmente hacia el exterior. Los microtorbellinos que se forman especialmente en las proximidades de la membrana 2 con el fin de evitar la obstrucción de ésta, pueden verse influenciados especialmente ajustando la separación entre el disco 1 y la membrana 2 y ajustando las revoluciones del disco 1. La fuerza centrífuga que se forma en el líquido rotativo debido al giro del disco 1 no contribuye a la separación de las partículas contenidas en el líquido, ya que la fuerza centrífuga actúa únicamente paralela a la superficie de la membrana 2 o del disco 1. La formación de los macrotorbellinos en la cámara para el líquido en forma de intersticio se ve influenciada por dos magnitudes esenciales. Se trata, por una parte, de la cortadura entre la superficie accionada del disco 1 y la superficie fija de la membrana 2, mediante la cual se desplazan los líquidos en dirección tangencial. Por otra parte, la fuerza centrífuga expulsa al líquido fuera del intersticio. Pero como ésta es mayor en las proximidades del disco rotativo que en las proximidades de la membrana fija, debido a la superposición de la fuerza de cortadura por una parte y de la fuerza centrífuga por otra, se produce una expulsión orientada de concentrado, mediante el torbellino de líquido de forma espiral 3a, mientras que mediante el torbellino contrario 3b se aspira líquido, debido a la constancia del volumen.

En la figura 2 está representada una vista en sección longitudinal de un dispositivo de filtrado de la sangre, como otro ejemplo de realización de la presente invención, que es adecuado para la aféresis de plasma. El ejemplo de realización comprende dos semicasquetes de baja profundidad de forma circular 4a, 4b, que soportan cada uno de ellos una membrana 2. Entre las membranas 4a, 4b paralelas entre sí se encuentra un disco 1, que tiene un apoyo giratorio por medio de una espiga de apoyo 5. Sobre la cara de las respectivas membranas 2a, 2b, alejadas del disco 1, están dispuestos alternativamente en dirección radial unos puentes de sujeción de la membrana 6 y unos canales de filtrado 7, estando formados los puentes de sujeción de la membrana 6 en forma de segmento anular en los semicasquetes 4 de una misma pieza, mediante fundición inyectada. Los semicasquetes 4 son preferentemente de un material acrílico.

Como se puede deducir de las vistas en sección de las figuras 2 y 3, los canales de filtrado 7 son concéntricos a la espiga de apoyo 5 del disco 2. En dirección periférica están previstos multitud de canales de evacuación del filtrado 8 que se extienden en dirección radial, que desembocan en un canal anular de filtrado 9 dispuesto en forma anular alrededor del disco 2. El canal de filtrado 9 a su vez tiene una salida de filtrado 10 que está prevista en una de las medias carcasas 4a con respecto al canal anular de filtrado 9a realizado en ésta, y una salida de filtrado 17 que está prevista de forma idéntica en la otra media carcasa 4b correspondiente al canal anular de filtrado 9b realizado en ésta. Ambas salidas de filtrado 10, 17 están en comunicación con conexiones para tubos flexibles 11.

Entre las respectivas membranas 2a, 2b y el disco 1 se forma respectivamente una cámara para el líquido en forma de intersticio 12a, 12b. Cada cámara para el líquido en forma de intersticio 12 se comunica con un canal anular de líquido 13 que lo rodea radialmente y está en comunicación con él. El canal anular de líquido 13 presenta una entrada de líquido 14 y una salida de concentrado 15. También estos pasos de flujo 14, 15 están comunicados con conexiones para tubos flexibles 16.

En el ejemplo de realización representado, el canal anular de líquido 13 presenta una sección de flujo mayor que el intersticio 12 formado entre las dos membranas 2a, 2b. El canal anular de líquido 13 tiene forma circular y está dispuesto concéntrico con la espiga de apoyo, siendo el diámetro del canal anular de líquido 13 mayor que el diámetro del canal anular de filtrado 9.

En el ejemplo de realización mostrado, las conexiones para los tubos flexibles 11, 16 se unen a tubos flexibles, donde el tubo flexible unido a la entrada de líquido está conectado, por ejemplo, a un donante. La sangre introducida a través de la entrada de líquido 14 en las dos cámaras para el líquido en forma de intersticio 12a, 12b es conducida primeramente hacia el interior, debido a la superposición de la cortadura y la fuerza centrífuga contigua a la membrana y paralela a ésta, en un torbellino de líquido de forma espiral que se forma en cada una de las cámaras para el líquido en forma de intersticio 12a, 12b. Los microtorbellinos generados debido a la cortadura sirven para que los poros de las membranas 2a, 2b no se obstruyan, en particular por corpúsculos sanguíneos. En el recorrido a lo largo de la membrana radialmente hacia el interior tiene lugar la filtración de la sangre introducida en el dispositivo de filtrado, de forma convencional, debido a la diferencia de presión que existe a través de la membrana. El filtrado obtenido de esta manera se conduce a través de los canales de filtrado 7, formados entre los puentes de sujeción de la membrana 6, a los canales de evacuación del filtrado 8 y a través de éstos se recoge en el canal anular de filtrado 9.

La sangre introducida en el canal anular de líquido 13 a través de la entrada de líquido 14 es arrastrada con una componente de movimiento radial dirigida hacia el interior, debido al movimiento de rotación de los dos torbellinos de líquido de forma espiral formados en la respectiva cámara para el líquido en forma de intersticio 12a, 12b entre las respectivas membranas 2a, 2b y el disco 1.

El ejemplo de realización representado en las figuras 2 y 3 presenta la especial ventaja de que se puede utilizar como artículo desechable de un solo uso. Las dos mitades de la carcasa 4a, 4b tienen forma idéntica, estando prevista en cada mitad de carcasa 4a, 4b, en el caso presente, una conexión para tubo flexible 11 que sobresale de la cara frontal exterior de la mitad de la carcasa, para evacuar el filtrado (plasma). En cada mitad de carcasa 4a, 4b está prevista además otra conexión para tubo flexible 16, que en una de las mitades de la carcasa 4b se emplea para la evacuación del concentrado y está en comunicación con la salida de concentrado 15 y en la otra mitad de la carcasa 4b se emplea para la alimentación de sangre sin filtrar y están en comunicación con la entrada de líquido 14. Gracias a esta disposición se tiene la posibilidad de fabricar el ejemplo de realización para la filtración de sangre como pieza desechable de un solo uso compuesta esencialmente de dos medias carcasas de forma idéntica, fundidas por inyección 4a, 4b, dos membranas 2a, 2b y un disco 1 con muñón de apoyo 5.

Una realización concreta del dispositivo de filtrado de la sangre podría tener, por ejemplo, un disco giratorio fabricado en acero V2A, con un espesor de 0,8 mm. Los canales de evacuación del filtrado 8 pueden estar dispuestos preferentemente distribuidos en dirección periférica con una separación de 20º, para permitir la evacuación del filtrado de toda la superficie, es decir, del plasma sanguíneo separado. Para un dispositivo de filtrado de la sangre se emplean preferentemente membranas de acetato de celulosa con un tamaño de poros de aprox. 1 \mum. Estos tienen preferentemente un diámetro de 10 cm y van fijados en forma anular en el borde exterior del respectivo canal de filtrado. La fijación puede efectuarse, por ejemplo, mediante una unión pegada o una unión soldada. También están unidas entre sí las dos medias carcasas, pudiendo realizarse esta unión igualmente mediante una unión soldada o pegada. Alternativamente, existe también la posibilidad de unir entre sí las dos medias carcasas mediante una unión de enclavamiento, de manera que las medias carcasas, de forma esencialmente idéntica, únicamente se diferencien por los elementos de enclavamiento macho y hembra. Sin embargo, lo que es esencial para la unión de las dos medias carcasas es que estén unidas entre sí estancas a los líquidos. Así, por ejemplo, las dos medias carcasas pueden estar unidas entre sí intercalando una junta anular por la zona de su borde.

El dispositivo de filtrado tiene aproximadamente 6 mm de espesor, teniendo cada media carcasa aproximadamente 2 mm de espesor y los canales de evacuación del filtrado 8 así como los canales de filtrado 7 presentan una profundidad de aproximadamente 1 mm. Las membranas 2a, 2b tienen, respectivamente, un espesor de aproximadamente 0,1 mm, donde la separación entre las membranas 2a, 2b y el disco 1 representa entre 0,4 y 0,6 mm, por ejemplo, 0,5 mm.

En un ejemplo de realización dimensionado de acuerdo con los datos numéricos antes indicados, el volumen de llenado para el dispositivo de filtrado es de aprox. 10 ml. Para la filtración de sangre, el disco se hace girar en este caso con una velocidad de 600 a 1400, preferentemente de 800 a 1200 revoluciones por minuto. A esta velocidad se genera una velocidad de cortadura reducida de aprox. 10000 1/s, suficiente con vistas a dañar la sangre. La presión a través de la membrana se ajusta a aproximadamente 200 mbar hasta 300 mbar, preferentemente de 225 mbar a 275 mbar. Con estos parámetros de proceso y con un tiempo de tratamiento de 4 horas se puede conseguir en promedio un rendimiento superior a 8 litros de plasma en caso de alimentación continua de sangre con una velocidad de flujo de 100 ml por minuto.

La realización del dispositivo objeto de la invención, tal como los materiales, tamaño del disco, acabado superficial, área de la membrana, distancia entre la superficie de la membrana y la superficie del disco, velocidad del disco y presión a través de la membrana dependen esencialmente de las propiedades de los medios que se trata de separar. El dispositivo de filtrado objeto de la invención no se limita a la filtración de sangre. Además, en el sentido de la presente invención no se debería entender la filtración exclusivamente como un proceso en el cual se separan partículas sólidas en una suspensión. El dispositivo de filtrado se puede aplicar también más bien para separar, por ejemplo, emulsiones.

Claims (8)

1. Dispositivo de filtrado con dos membranas filtrantes (2) y unas superficies contrarias opuestas a las membranas filtrantes (2) y una cámara para el líquido (12) en forma de intersticio formada respectivamente entre una membrana filtrante y la superficie contraria, estando realizadas las superficies contrarias como superficies enfrentadas de un cuerpo de rotación (1), y que esencialmente están dispuestas perpendiculares al eje de giro del cuerpo de rotación (1),

caracterizado porque

el dispositivo de filtrado presenta dos medias carcasas (4a, 4b) realizadas como piezas de fundición inyectada, entre las cuales se forma un canal anular (13) que rodea al cuerpo de rotación (1), provisto de una entrada de líquido (14) y de una salida de líquido (15), que se comunican respectivamente con una conexión para tubo flexible y que están previstas en diferentes mitades de carcasa (4a, 4b).

2. Dispositivo de filtrado según la reivindicación 1, caracterizado porque cada media carcasa (4a, 4b) presenta respectivamente dos conexiones para tubos flexibles (11, 16).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo de rotación (1) presenta una extensión radial esencialmente mayor que la axial.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie es plana y está situada perpendicular al eje de giro del cuerpo de rotación (1).

5. Dispositivo de filtrado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo de rotación (1) se puede accionar sin contacto físico.

6. Dispositivo de filtrado según la reivindicación 5, caracterizado porque el cuerpo de rotación (1) es conductor metálico y/o magnetizable.

7. Dispositivo de filtrado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque por la cara de la membrana filtrante (2) alejada de la cámara para el líquido están previstos unos puentes de sujeción de la membrana (6) mediante los cuales la membrana (2) queda soportada de tal manera que se conserva la forma del intersticio de la cámara para el líquido incluso estando sometida la membrana filtrante (2) a una solicitación mecánica.

8. Dispositivo de filtrado según por lo menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por dos medias carcasas (4a, 4b) que encierran entre sí el cuerpo de rotación (1), que están realizadas de tal manera que a ambos lados del cuerpo de rotación (1) se forman cámaras para el líquido en forma de intersticio idénticas (12).