CN1173763C - 用于从细胞液中去除气体和微粒的过滤系统 - Google Patents

Abstract

气体排除系统包括一气体排除装置(2)和初给系统(8)气体排除装置(2)包括一涡流腔(14)和一微粒过滤器(30)，其中涡流腔在流进腔(14)内的液体中产生涡流，微粒过滤器将微粒从液体中清除。微粒过滤器(30)位于涡流腔(14)中，使得在涡流与微粒过滤器(30)相遇之前，在腔(14)的相当大的体积中都形成有涡流。当液体与微粒过滤器(30)相遇时，涡流通常被停止，额外释放出的气体通过微粒过滤器(30)的开口顶部上升。装置(2)还包括与涡流腔(14)相连的输出腔(36)，微粒过滤器(30)延伸到输出腔(36)中。止回阀(38)位于输出腔(36)的出口(40)，以当装置(2)含有过量气体时切断液流。枕块形初给系统(8)布置为当止回阀(38)卡在阀座(42)中时，强迫空气或液体向上流动以将止回阀移开。

Description

用于从细胞液中去除气体和微粒的过滤系统

技术领域

本发明涉及用于从液体，特别是细胞液中去除气体和微粒的过滤器技术。本发明特别应用于在输血过程中将空气和微粒从血液中去除。

背景技术

常常有必要通过过滤从液体中去除多余的微粒和气体。这种情况的一个实例是在灌输生理性液体，包括血液和血液制品的过程中。当液体被加热时，由于加热产生的脱气，去除气体就更重要了。

因为微粒、气体和液体具有不同的密度，所以公知的方法是通过在液体中产生的漩涡中出现的离心力将它们分开。因此，公知的方法是通过与分离腔相切的输入口将液体导入分离腔中。输入的液体被引导成环形流动形式，气体趋向于积聚在腔的中心，较重的微粒和液体向腔的外侧运动。气体能够通过排气口从腔内排出，微粒通过物理过滤器从液体中去除。

这些装置面临几个问题，特别是在与细胞液一起使用时。一个问题是形成足够大的涡流以去除大部分气体。现有装置各种元件的物理布置方式限制了涡流，阻碍有效去除气体。而且，现有技术装置基本上不允许操作者观察涡流的操作，从而难以检验装置的正确操作。

另一个问题是在过滤介质中积聚的微粒和细胞球会造成堵塞。这种积聚会有效地阻止气体通过并阻止气体从液体中分离。

在这种装置中应用的另一个特征是止回阀。止回阀位于输出管路中，用于当装置充满被排除的气体时使液体不再通过装置。例如，当液体中的空气量超过装置的排除能力时就会发生这种情况，由于将空气或其它气体输入病人是危险的，所以在输出管路中必须设置检测存在过量空气的止回阀以阻止气体进入病人。在某些情况下，止回阀与过滤器是分开的，这会使制造、盘点和装配变得更复杂。而且，当通过将阀夹带在液流中来打开时，现有技术的止回阀常常会卡在关闭位置或阻断液流。

发明内容

本发明的一个目的是通过紧凑、易于制造并且高效的过滤器来克服这些和其它的缺点。

根据本发明的一排气过滤器，包括：一涡流腔，其具有外壁和位于所述外壁中的输入口，该输入口相对所述外壁定向，使得所述液体在所述涡流腔中形成涡流，一微粒过滤器，该微粒过滤器部分支撑在所述腔中，使得所述微粒过滤器的顶部大大低于所述输入口，并且所述涡流形成在所述输入口和所述微粒过滤器之间的区域内，以及一输出腔，该输出腔具有液体输出口并与所述涡流腔流体连通，其中所述微粒过滤器顶部是开口的，底部是封闭的，并且延伸到所述输出腔中。

根据本发明的一微粒过滤器，其部分支撑在腔中，具有过滤介质和密封装置，其中所述过滤介质具有侧面、底部并且在顶部是开口的，所述密封装置位于所述介质的侧面，用于将所述过滤介质分离成一顶半部和一底半部，和用于引导液流从所述腔穿过所述过滤器，使得液体通过所述顶部从所述过滤器的顶半部的外部进入或通过位于所述密封装置上方的所述侧面部分进入，所述液流然后通过位于所述密封装置下方的过滤介质的底半部从所述过滤器排出。

根据本发明的一排气过滤器，包括：涡流腔装置，用于在液流中形成涡流以将气体从所述液体中除去，输出腔装置，用于从所述涡流腔装置接收所述液流，微粒过滤装置，该装置从所述涡流腔装置延伸到所述输出腔装置中，用于当所述液流从所述涡流腔向所述输出腔流动时将微粒从所述液流中去除。

根据本发明，提供了一种过滤器，该过滤器能够从液体例如生理性液体中去除大量的气体，包括空气。在整体设计中，过滤器包括用于去除气体的涡流腔和包含止回阀的输出腔。涡流腔和输出腔轴向对齐，输出腔位于涡流腔下面。涡流腔最好是圆柱形的，但也可以是支持涡流的漩流的任何旋转形状。例如，涡流腔可以是圆锥形的。涡流腔在其上部具有一输入口，该输入口允许液体被过滤到涡流腔中。涡流腔在其下部具有用于被过滤液体的液体输出口，在其上部具有气体排气口，用于将从液体中去除的气体排放到大气中。输入口的指向和方向为使得输入的液流与腔的侧面相切，借此当流体向腔内流动时形成涡流。液体和微粒被该涡流甩到腔的外侧，而气体则积聚在涡流腔的中心。

被去除的气体上升到涡流腔的顶部并通过覆盖腔顶部的疏水膜排到大气中。该膜安装在一实心的第一部分上，在该第一部分上咬接有一弹性盖。弹性盖具有排气口，当容器中的压力小于大气压时该排气口密封在实心部分上，当压力大于大气压时该排气口抬起以释放多余的气体。

液体和微粒向下流动并通过从液体中去除微粒的微粒过滤器进入输出腔。该微粒过滤器是细长的并且与涡流腔和输出腔同轴，其位置为向上延伸到涡流腔内，向下延伸到输出腔内。微粒过滤器的顶部垂直位于输入口的下方，它们之间的距离足够大以允许形成大量的涡流。这种构造提供了增加的过滤器面积并允许操作者观察涡流的工作情况。

微粒过滤器的顶部是开口的，以允许气体在穿过微粒过滤器后与液体分开以上升到涡流腔的顶部。因此，涡流腔的直径应使得在过滤器的这一部分中，被释放气体的向上速度大于液体的向下速度以允许进一步分离气体。液体可通过微粒过滤器介质的顶部和侧面流入过滤器。这样，某些微粒在流过涡流腔内的过滤器介质侧面时被从液体中去除。当液体流向输出腔内时，其穿过延伸到输出腔中的微粒过滤器部分并被进一步过滤。在涡流腔与输出腔相交处的微粒过滤器和过滤器侧面之间备有液体密封件，使得当液体从涡流腔向输出腔运动时必须穿过过滤器。

被微粒过滤器去除的微粒积聚在过滤器介质上或其附近，然后通常从过滤器介质上脱落下来。这些被去除的微粒向下落，在涡流腔底部和微粒过滤器侧面之间的相交处它们积聚成半月形堆。本发明的结构为这种积聚提供了两个这样的位置，从而减少了过滤器因被去除的微粒而堵塞的可能性。一个这种位置是在涡流腔底部的过滤器外部，在该位置涡流腔与输出腔相交。当液体流入过滤器时，这些微粒被去除。第二个位置是在过滤器本身的底部，在该位置液体穿过过滤器介质流出进入输出腔。

输出腔包括阀座和止回阀球，或浮子，用于当输出腔包含过多的空气或气体时中断液流。球的密度是这样的，即使得球通常浮在液体中，但当输出腔包含过量气体时落到底部以与阀座接合。可取的是，将浮子的直径做得很大以进一步减少初给体积，但由于球被夹带在液体中，这会导致球的向上速度小于流动液体的向下速度。为了防止发生这种情况，过滤器的底部备有几个导流罩，这些导流罩形成一用于接收球的笼状物，并将液流导向球的周围以保护球不被液流冲走。这可防止球被夹带在向下运动的液流中。因此，在液体的正常流动中，球会浮起来并上升，直到与过滤器的底部接触为止，在装置的正常操作过程中导流罩保持止回阀球不受液流的冲击。

如上所述，即使在气体已经排空并且输出腔再次充满液体时，球也常常卡在阀座上并阻止液体进一步流动。申请人发现，简单初给装置的操作产生液体的回流，回流迫使球离开阀座，借此使球浮起来并允许液体通过。在优选实施例中，该装置是公知的枕形初给器，初给器布置在刚好位于输出腔下方的输出管路中。止回阀球的移动是这样实现的，即关闭枕形初给器下方的输出管路，然后挤压枕形初给器以产生液体的回流，以使球从阀座上离开。

附图说明

图1为根据本发明的过滤器系统的侧视图；

图2为图1所示系统的过滤器的垂直横截面。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的过滤器系统包括除气过滤器2、输入管路4、输出管路6、枕形初给器8和管夹10。输入和输出管路具有路厄氏接头，这种接头在该技术领域是公知的，其允许输入管路附装在液体源上，输出管路附装在病人管路上。

图2为过滤器装置的垂直横截面，其更详细地示出了本发明的几个特征。上部12为整体圆柱形，其构成涡流腔14。尽管涡流腔最好为圆柱形，但其也可以是支持在流入的液体中形成涡流的其它形状。输入口16以与腔的外壁相切的方向将流入的液体导入腔内，以在液体中形成涡流。由于密度差别，涡流中的力使存在于流入液体中的气体与液体和微粒分离，气体通常积聚在涡流的中心部分。

分离后，气体向腔顶部上升并遇到疏水膜18，该膜覆盖腔的顶部。膜18通过由两部分构成的盖保持在腔上。膜附装在，如通过超声波焊接，第一部分20上，该部分是刚性的，并且在装配过程中密封在腔上。第二部分22是有弹性的，并且咬接在第一部分上。第一部分具有孔24，孔允许穿过膜的气体通过。穿过孔24后，气体向上流动到阀座26。弹性盖22与阀座26接合，并且盖中的开口28与阀座对齐。当膜与弹性盖之间的区域中的气体压力大于大气压时，气体会将盖从阀座上抬起，从而气体将通过孔24从装置中排出。但是，如果盖中的气体压力小于大气压，则盖将被压靠在阀座上，使得空气不能穿过孔，从而防止空气向装置中回流。在优选实施例中，盖被稍稍偏压在阀座上，使得腔中的压力必须超过大气压预定值时才能将盖从阀座上抬起来。这保证了当压力梯度非常小时，气体不会被抽到腔中。

流入涡流腔中的液体用箭头表示。当向涡流腔中流动时，液体形成强的下降涡流，在与微粒过滤器30相遇之前，该涡流能够存在相当大的距离。涡流腔最好用这样的材料制造，即在装置的操作过程允许操作者观察该涡流以检测正确的操作，例如透明塑料。当液流下降时，其与微粒过滤器30相遇。微粒过滤器的顶部是开口的，借此一部分液体通过微粒过滤器的中心进入，其余的液体通过过滤器的侧壁进入。涡流可延续到通过顶部进入的液体中，但液体的涡动大体上被与微粒过滤器的相互作用停止。

在优选实施例中，微粒过滤器的顶部比输入口的中心线低约5/8到3/4英寸。微粒过滤器的直径约为涡流腔直径的40％。因此，在所示实施例中，涡流腔的内径约为0.940英寸，微粒过滤器的内径约为0.360英寸。业已发现这些尺寸能够为建立涡流提供足够的空间。

微粒过滤器最好用具有约170μm网丝的材料制造以提供优良的过滤性能。过滤器占据涡流腔和输出腔的一部分。有利的是，微粒过滤器在这些腔之间大体均匀地划分，微粒过滤器的外侧通过弹性密封件31与涡流腔的外壁密封，以防止液体在没有先通过过滤器的情况下进入输出腔。

涡流腔内液体中的微粒通过侧壁流入微粒过滤器，并被去除和积聚在过滤器的外部。如在32处所示，这些微粒通常从过滤器的外侧脱落下来并积聚在涡流腔的底部。

申请人发现，当液体穿过过滤器介质时，在涡流中没有被去除的某些气体将与液体分离。这些气体或者上升到过滤器的外部或者积聚在过滤器的侧面上并最终脱离。穿过微粒过滤器或通过顶部进入的液体中的气体会与微粒过滤器中心的液体分离，该气体穿过过滤器的开口顶部上升到腔的顶部。

通过微粒过滤器流入输出腔36中的液体在其向输出腔中流入时，通过过滤器介质的下部向外流出。因此，在通过微粒过滤器开口顶部进入的液体中残留微粒借助于穿过过滤器介质下部被去除。如以34所示，这些微粒积聚在过滤器内部，并通常脱落以在过滤器底部积聚成一小堆。

应该注意到，上述构造在紧凑的装置中提供了大的过滤面积，同时仍允许在输入的液流中形成强涡流。而且，通过在两个方向上穿过两级过滤器来去除微粒允许被去除的微粒在两个单独的位置积聚，对于给定的物理尺寸这增加了过滤器的能力。

输出腔36与涡流腔轴向对齐，其直径通常小于涡流腔的直径。这在整体装置中提供了较小的初给体积，同时仍为在涡流腔中形成涡流提供了足够的直径。输出腔还构成一止回阀，用于当存在过量空气时终止液流。球形浮子38位于输出腔中，用于完成关闭功能。该浮子最好是实心的，以简化消毒并提供与阀座的硬对硬接触，以防止球挤进阀座中。浮子可用各种材料制造，最好用聚丙烯。

浮子在两个位置之一操作。当输出腔充满空气时，浮子处于图2中用实线表示的位置，用于终止液流。当浮子处于用虚线表示的位置时，和在正常操作中一样，输出腔充满液体，并且液体自由流动。

输出腔的底部构成一圆锥形阀座40，用于与浮子38接合和终止液流。锥形的侧面最好与水平方向成约七十度角(70°)，这意味着阀座相对侧面之间的角度为四十度(40°)相对侧面之间的角度应不小于三十五度(35°)。浮子本身的尺寸是这样的，即使其与阀座之间的接合所处的圆与浮子顶部的距离约为浮子直径的5/8。业已发现这些参数能够提供在关闭位置最不容易卡住的稳定密封。

本发明的止回阀设计成能够提供在流动液体环境中有效操作的非常有效的密封。阀座角度大以防止卡住，球直径大以提供稳定的密封，并且在刚性球和阀座的接触过程中球实际上没有变形。但是，这些条件常常导致矛盾的要求，因为较大的球比较小的球更易于被向下的液流带走(夹带)，实心球通常比在接触时会发生变形的空心球的浮力小。申请人的解决方法是，在过滤器底部提供一笼状物，借此当浮子上升以占据用虚线表示的自动流动位置时，其进入由从微粒过滤器底部悬垂下来的一个或多个导流罩42构成的笼状物中。在优选实施例中，有四个导流罩。过滤器的底部作为阻挡物以防止浮子进一步向上运动，导流罩将浮子保持在输出腔中心，使其不会被夹带到液流中。这样，通过将液流导向浮子的周围，导流罩42提供了不与浮子干涉的较高流速的均匀流动，并且允许球更大些。

参见图1中所示的系统，该装置是按下述方法操作的。输入口附装在用于初给的生理性液体源上，夹子10是关闭的。这通常使过滤装置充满液体，使得浮子上升到操作位置。但是如果浮子卡住了，操作者只需挤压枕形物8一次或多次。该动作将迫使输出管路6中的空气向上进入到输出腔中，并使浮子离开阀座。然后输出腔中的液体将使浮子上升到操作位置，和正常操作中一样，系统中的空气将通过膜18排出。然后可打开夹子10以使管路6的其余部分也充入液体。

枕形物的尺寸和在过滤器装置与枕形物之间延伸的管的尺寸间的关系是重要的，这决定了从枕形物排出的空气能否将浮子从阀座上抬起来。如果管太大，则在挤压枕形物时管会膨胀，这将减少作用到球上的压力，从而不能对浮球进行足够的举升。因此，管的膨胀能力必须小于枕形物的体积。在优选实施例中，枕形物的体积为12毫升，枕形物与止回阀之间的管约为1³/₄英寸长。对于较高的流速，管为0.187英寸内径和0.265英寸外径，对于较低的流速，管为0.130英寸内径和0.190英寸外径。还应注意到，尽管枕形物8是一个便宜的元件，但其位于止回阀下部使装置的设置更容易。

对于该技术领域的普通技术人员来说很明显，在后附权利要求的范围内可进行各种变型。

Claims (15)

1、一排气过滤器，包括：

一涡流腔，其具有外壁和位于所述外壁中的输入口，该输入口相对所述外壁定向，使得所述液体在所述涡流腔中形成涡流，

一微粒过滤器，该微粒过滤器部分支撑在所述腔中，使得所述微粒过滤器的顶部大大低于所述输入口，并且所述涡流形成在所述输入口和所述微粒过滤器之间的区域内，以及

一输出腔，该输出腔具有液体输出口并与所述涡流腔流体连通，其中所述微粒过滤器顶部是开口的，底部是封闭的，并且延伸到所述输出腔中。

2、根据权利要求1中所述的排气过滤器，其特征在于，至少所述腔的与所述区域相邻的部分是透明的。

3、根据权利要求1中所述的排气过滤器，其特征在于，所述腔为圆柱形，所述输入口以与所述腔相切的方向将所述液体导入所述腔。

4、根据权利要求1中所述的排气过滤器，其特征在于，所述涡流腔和所述输出腔轴向对齐。

5、根据权利要求1中所述的排气过滤器，其特征在于，所述过滤器包括圆柱形的过滤材料，其在面向所述涡流腔的顶部是开口的，在面向所述输出腔的底部是封闭的，一部分所述涡流腔中的所述液体通过穿过所述开口顶部进入所述微粒过滤器的中心并随后向外穿过所述过滤材料进入所述输出腔而进入所述输出腔，所述液体的其余部分从所述涡流腔向内穿过所述过滤材料进入所述微粒过滤器的中心并随后向外穿过所述过滤材料而进入所述输出腔。

6、根据权利要求1中所述的排气过滤器，其特征在于，所述输出腔包括止回阀。

7、根据权利要求6中所述的排气过滤器，其特征在于，所述止回阀包括阀座和浮子，其中所述阀座形成在所述输出腔的壁中，当所述输出腔包含过量气体时，所述浮子与所述阀座接合。

8、根据权利要求7中所述的排气过滤器，还包括位于所述微粒过滤器底部的导流罩，导流罩布置为当输出腔充满液体时接收所述浮子。

9、根据权利要求7中所述的排气过滤器，还包括一输出管和一初给器，输出管一端在所述止回阀下游与所述输出腔相连，初给器连接在输出管的相反端上。

10、根据权利要求9中所述的排气过滤器，其特征在于，所述初给器为一可压缩的枕形初给器。

11、一微粒过滤器，其部分支撑在腔中，具有过滤介质和密封装置，其中所述过滤介质具有侧面、底部并且在顶部是开口的，所述密封装置位于所述介质的侧面，用于将所述过滤介质分离成一顶半部和一底半部，和用于引导液流从所述腔穿过所述过滤器，使得液体通过所述顶部从所述过滤器的顶半部的外部进入或通过位于所述密封装置上方的所述侧面部分进入，所述液流然后通过位于所述密封装置下方的过滤介质的底半部从所述过滤器排出。

12、根据权利要求11中所述的微粒过滤器，与第一腔和输出腔组合，其中第一腔与所述输出腔相连以在其间实现流体连通，所述密封与所述输入腔接合。

13、一排气过滤器，包括：

涡流腔装置，用于在液流中形成涡流以将气体从所述液体中除去，

输出腔装置，用于从所述涡流腔装置接收所述液流，

微粒过滤装置，该装置从所述涡流腔装置延伸到所述输出腔装置中，用于当所述液流从所述涡流腔向所述输出腔流动时将微粒从所述液流中去除。

14、根据权利要求13中所述的排气过滤器，其特征在于，所述涡流腔装置包括一液体输入口，所述微粒过滤器布置在所述涡流腔中，使得所述涡流形成在所述输入口和所述微粒过滤器顶部之间的区域内。

15、根据权利要求14中所述的排气过滤器，其特征在于，所述输出腔包括一止回阀。

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