Brevet FR2545376A1 — publié le 19841109

L'invention concerne un petit filtre selon le préambule de la revendication principale De tels petits filtres à membrane filtrante hydrophobe servent à l'aérage et au désa- érage de récipients fermés ainsi que de systèmes tubulaires souples ou rigides qui sont remplis partiellement de liquide. De tels filtres à gaz ont pour rôle de permettre l'échange de gaz entre le récipient et l'atmosphère ambiante dans des conditions stériles Les volumes à échanger sont relativement petits de sorte que le filtre lui-même est de petites dimen- sions et que les flans de filtrage plats ont des diamètres de 12 à 100 millimètres En règle générale, de telles unités de filtrage sont constituées par deux parties de boites en matière plastique qui possèdent une entrée ou sortie ainsi qu'un support de filtre discontinu dont les espaces libres sont reliés respectivement à l'entrée et à la sortie Entre les brides périphériques des deux parties de boite est coin- cée de façon étanche sur sa périphérie une membrane filtrante hydrophobe sous forme d'un flan de filtrage plat Les deux parties de botte sont collées ou soudées par leurs bords pour former une unité d'utilisation. De tels filtres à gaz sont ou bien intégrés dans un autre corps de filtre qui sert à filtrer des liquides comme il est décrit par le brevet US 3 448 011, le DE-A 2 549 835 et le DE-U 8 108 010 7; ou bien,-comme c'-est le cas dans le -DE-A 3 202 330, le filtre à gaz est une pièce enfichable sé- parée qui peut être reliée à un système de tuyaux souples ou à des unités de filtrage ou moyen de raccords adaptateurs standard. Pour des petits filtres de ce genre, qu'il s'agisse de filtrer des liquides ou de filtrer des gaz, on a mis au point les types les plus divers de support de filtre, afin d'obtenir un rendement de filtrage le plus élevé possible. Les supports de filtre réalisés pour le simple filtrage de liquide, qui sont garnis d'une membrane filtrante hydrophile, se prêtent également en général au filtrage des gaz si le support de filtre est garni d'une membrane filtrante hydro- phobe Des difficultés ne se présentent que lorsque le niveau du liquide du réservoir de liquide partiellement rempli, à aérer ou à désaérer, s'élève temporairement jusque dans le plan du support de filtre et/ou directement jusque dans le plan de la membrane hydrophobe et remplit les espaces libres du support de filtre Ceci peut arriver lorsque, par exemple, le liquide qui se trouve dans des corps de filtre selon 1 ' état de la technique conforme au DE-U 81 08 010 7 et au DE-A 2 549 835, gicle dans le support de filtre ou lorsque, dans des systèmes tubulaires souples fermés qui sont remplis de solutions médicalespar exemple de solution pour perfusion, ou de sang, ce niveau monte sous l'effet des variations de pression jusque dans le plan de filtrage du filtre hydropho- be La membrane hydrophobe risque alors d'être bloquée, et ce blocage brusque peut rester durable car, en raison de la construction du support de filtre, le liquide inclus ne peut plus, la plupart du temps, quitter les espaces libres du sup- port de filtre en raison des forces de capillarité. C'est dans un but de l'invention d'éviter, en employant des moyens simples, qu'il se produise dans les petits filtres du type décrit au début, un blocage de l'élément filtrant, et de conserver les capacités de désaération lorsque le flan de filtre plat hydrophobe mouillé temporairement et en partie par du liquide, ainsi que, de préférence, d'exclure dès l'ori- gine si possible ou de rendre plus difficile un mouillage complet et durable. Ce résultat est obtenu par l'invention grâce aux carac- téristiques énoncées dans la revendication principale Des développements avantageux de l'invention sont énoncés dans les autres revendications Grâce à la forme donnée selon 1 ' invention au support de filtre, à ses espaces libres et aux canaux de liaison avec la chambre de gaz du réservoir de li- quide, le remplissage des espaces libres par le liquide est empêché lorsque l'appareil à filtrer en forme de boite, avec le liquide qu'il contient et le filtre à gaz intégré, est agité soigneusement suivant des méthodes couramment utilisées en laboratoire, par exemple pour mélanger intimement le con- le contenu de la botte Néanmoins, s+, dans des conditions extrêmes, ou par suite d'une manipulation incorrecte de 1 ' appareil à filtrer, du liquide parvenait tout de même jusque dans le plan de la membrane hydrophobe, la merbranequi peut se mouvoir entre les deux supports de filtre est capable, grâce à son mouvement de pompage provoqué par les pressions al- ternées, de vider les espaces libres du soutien de filtre inférieur de sorte que l'aérage et le désaérage sont assurés même dans des conditions extrêmes. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe verticale d'un petit filtre isolé en trois parties destiné au filtrage de gaz, effectuée suivant la ligne 1-1 de la figure 3; la figure 2 estune coupe verticale d'un petit filtre d'aérage et désaérage d'une botte filtrante fermée, intégré dans un corps de filtre plus grand, effectuée suivant la ligne 2-2 de la figure 3; la figure 3 est une vue par dessus suivant la ligne 3 des figures 1 et 2 du soutien de filtre associé au réser- voir de gaz/liquide et écarté de celui-ci, le flan de filtre et la partie supérieure de la boite étant retirés; la figure 4 est une vue à plus petite échelle d'une boite à filtrer conformément à la figure 2 prise comme exem- ple d'utilisation du petit filtre. Selon les figures 1 et 2, la partie supérieure de botte 12 munie d'une entrée/sortie de gaz 12 ' est constituée par une pièce moulée monobloc en matière plastique dont le côté situé du côté de la membrane filtrante 10 ' présente une mul- tiplicité de nervures 28 qui forment le support de filtre proprement dit, ainsi qu'une multiplicité d'espaces libres 29 qui sont reliés à l'entrée/sortie 12 ' Le support de fil- tre 28 soutenant le flan de filtrage plat 10 ' présente dans son ensemble par rapport à la face plane et à la surface fermée du support de filtre inférieur 31 de la partie de boi- te inférieure 9, 6 une forme bombée (concave) en ménisque, de sorte que le flan de filtre plan 10 ' qui est coincé en sand- wich entre des brides périphériques 34, 34 ' des deux parties de boite 12 et 9,6 peut se mouvoir dans le sens axial entre les deux soutiens de filtre 28, 31 Par conséquent, sous 1 ' effet de conditions de pression alternées, le flan de filtre plat 10 ' peut effectuer une sorte de mouvement de pompage entre les deux supports de filtre 28, 31 Les deux parties de boite 12,9 et 12,6 sont reliées l'une à l'autre de façon étanche sur leur périphérie par collage ou soudage aux ul- trasons, le long d'un épaulement 35 ', 35 dressé verticalement. La partie inférieure de boîte 9 selon la figure 1 et le chapeau 6 de l'appareil à filtrer 5 en forme de boîte selon les figures 2 et 4 présentent par rapport à la partie supé- rieure de boite 12 un petit perçage 27 ", 27 ' concentrique qui, est dimensionné en fonction de la viscosité du liquide F con- tenu dans le réservoir de liquide 4, de telle sorte que seule une goutte de liquide F' relativement petite peut remplir ce perçage 27 ", 27 ' comme il est indiqué à la figure 2 lorsque, en secouant le liquide F, des éclaboussures atteignent le chapeau de boite 5 ou parviennent dans la tubulure 9 ' Si le liquide F est une solution aqueuse pour perfusion, le diamé- tre de cette ouverture 27 ', 27 " est de préférence égal à 2 mm sur une longueur totale-de 2 mm. Le support de filtre 31 proprement dit forme une surface à face plane et est interrompu uniquement par un seul canal annulaire 33 dans la zone de la périphérie du flan de filtra- ge plat 101 et par au moins un canal de liaison 32 qui établit la jonction entre le canal annulaire 22 et la cuvette 27 ', 27 " et le canal collecteur Comme le montre la figure 3, le support de filtre 31 est interrompu par quatre canaux de liai- son 32 qui partagent en feuille de trèfle le support de fil- tre 31 en formant quatre segments annulaires. Le canal collecteur 27 ', 27 " se termine pratiquement sur le fond de canal à l'entrée 30 des canaux de liaison 32 qui, présentant à l'entrée 30 une profondeur de 1 mm vont en s' élargissant en direction du canal annulaire 33 pour atteindre une largeur de 3 à 10 mm suivant le diamètre du filtre Lors- que le diamètre total du filtre est de 25 mm, le fond du canal qui a une profondeur initiale de 0,5 mm s'abaisse en direction du canal annulaire 33 jusqu'à une profondeur de 1,3 mm Tous ces paramètres sont adaptés à la viscosité d'une so- lution aqueuse. Le fond du canal de liaison est situé, dans la zone du canal collecteur 27 ', 27 ", à environ 0,3 à 0,8 mm en dessous du plan du support de filtre, de préférence à 0,5 mm, puis va en s'abaissant en direction du canal annulaire 33 jusqu'à 1,1 mm à 1,6 mm, de préférence à 1,3 mm Pour un diamètre total de 25 mm, le canal annulaire a au moins une largeur de 2 mm et une profondeur de 1,3 mm L'entrée 30 des canaux de liaison débouchant dans le canal collecteur 27 ', 27 " est plus étroite que l'ouverture du canal collecteur 27 ', 27 " dans cette zone et plus étroite que le diamètre (lui-même fonction de la viscosité) d'une goutte de liquide F' prove- nant du réservoir de liquide Par rapport au flan de filtre plat 10 ' reposant sur le soutien de filtre inférieur 31, le sommet de la concavité formée par le support de filtre 28 bombé de la partie supérieure de boite 12 est situé à environ 0,5 à 2 mm au dessus de ce filtre et, dans la zone des bords, le support de filtre supérieur 28 est situé de 0,1 mm à 0,2 mm au dessus du plan du flan de filtrage plat 10 '. Selon les figures 1 et 2, le segment de filtrage plat ' est représenté appliqué contre le soutien de filtre supé- rieur Ce cas se présente lorsque la pression du gaz dans la tubulure 9 ' ou dans le réservoir de gaz et liquide 4 selon la figure 2 est plus grande que la pression du gaz dans la tubulure de raccordement 12 V ou dans l'atmosphère ambiante. Une telle situation se rencontre par exemple lorsque, la tu- bulure de sortie 12 ' étant fermée, le grand corps de filtre selon les figures 2, 4 est mis sous pression afin de refou- ler le liquide F le plus vite possible à travers la membrane filtrante 19 hydrophile disposée dans le fond de la boite 14. Par contre, le flan de filtrage plat 10 ' vient s'appliquer contre le soutien de filtre plan inférieur 31 lorsque, la tubulure 12 ' étant ouverte, le liquide F est aspiré à tra- vers la membrane filtrante 19 par une source de vide raccor- dée à la sortie 16 dans le fond de boîte 14. Si, dans la réalité des faits, une ou plusieurs gouttes de liquide F' pénètrent jusque dans les espaces libres 32, 33, la goutte de liquide F' est fractionnée aux entrées de canal de liaison et est répartie dans les canaux de liaison 32 et le canal annulaire 33, sans que toutefois la totalité de la surface du flan de filtre plat 10 ' soit mouillée par la gout- te de liquide F' divisée ou reste mouillée par endroits Il reste donc toujours des régions du flan de filtrage plat 10 ', dans la zone des espèces libres 27 ', 27 ", 32 et 33 et égale- ment dans la zone du soutien de filtre 31 plan proprement dit, qui ne reçoivent pas de liquide, de sorte que la mem- brane filtrante 10 ' hydrophobe est capable de jouer le rôle qui lui incombe fonctionnellement même dans des conditions limites. REVENDICATIONS 1 Petit filtre constitué par deux parties de boite en matière plastique reliées entre elles et par un flan de fil- trage plat hydrophobe disposé en sandwich entre elles, pour le filtrage des gaz, en particulier pour l'échange de gaz entre un récipient rempli en partie par du liquide (réser- voir de liquide) et l'atmosphère ambiante (réservoir de gaz), dans lequel; a) une partie supérieure de boite comporte un support de filtre discontinu intégré dont les espaces libres débou- chent dans une entrée/sortie de gaz de la partie supérieure de boîte, b) une partie inférieure de boîte comporte un support de filtre discontinu intégré dont les espaces libres débou- chent dans un canal collecteur qui est dirigé sensiblement perpendiculairement au support de filtre inférieur et débou- che dans l'espace à gaz du réservoir de liquide, c) un flan de filtrage plat hydrophobe formant cloison de séparation, sélectivement perméable entre la partie supé- rieure de boite et la partie inférieure de boîte, est relié de façon étanche à sa périphérie à ces parties de boîte et/ou est coincé entre elles, le flan de filtre plat venant s'ap- pliquer contre l'un ou l'autre des supports de filtre suivant le sens de la différence de pression, caractérisé par les points remarquables suivants dl) le support de filtre ( 31) de la partie de boite in- férieure ( 6, 9) forme une face plane et une surface fermée et les espaces libres du support de filtre sont formés par un canal annulaire ( 33) unique d'au moins 2 mm de large dans la zone de la périphérie du flan de filtrage plat ( 10 ') et par au moins un canal de liaison ( 32) qui relie le canal an- nulaire ( 33) au canal collecteur ( 271, 27 "); d 2) le canal de liaison ( 32) présentant au débouché du canal collecteur une largeur de 0,5 mm à 2 mm, de préférence de 1 mm, va en s'élargissant en direction du canal annulaire ( 33) o il atteint pour un diamètre de filtre jusqu'à 100 mm une largeur de 3 à 10 mi, et pour un diamètre de filtre jus- qu'à 25 mm, de préférence une largeur de 3 mm; d 3) le fond du canal de liaison est situé dans la zone 25453-76 du canal collecteur ( 27 ', 27 ") à environ 0,3 à 0,8 mm en dessous du plan du support de filtre, de préférence à 0,5 mm de ce plan, et va en s'abaissant en direction du canal annu- laire ( 33) jusqu'à environ 1,1 mm à 1,6 mm, de préférence à 1,3 mm; D 4) la section de passage du canal collecteur ( 27 ', 27 ") va en se rétrécissant depuis sa base large tournée vers le réservoir de liquide ( 4) directement dans la zone du soutien de filtre ( 31) de la partie de boite ( 6,9), sur une longueur de 0,5 mm à 3 mm, de préférence de 2 mm, pour se réduire à un diamètre de 0,4 mm à 4 mm, de préférence de 2 mm. 2 Petit filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le canal annulaire ( 33) a une largeur d'environ 2 à 4 mm. 3 Petit filtre selon la revendication 1 ou 2, caracté- risé en ce que deux canaux de liaison ( 32) diamétralement op- posés partagent le support de filtre ( 31) en deux secteurs ou segments annulaires. 4 Petit filtre selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le support de filtre ( 31) est partagé en feuille de trèile par trois ou quatre canaux de liaison ( 32) en trois ou quatre segments annulaires avec un canal collecteur ( 27 ', 27 ") disposé au centre. Petit filtre selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face d'appui du support de filtre ( 28) dans la partie supérieure de boîte ( 12) est bombée en forme de ménisque (concave) par rapport au support de fil- tre ( 31) planaire de la partie inférieure de boîte ( 6, 9) et par rapport au flan de filtre plan ( 10 ') reposant sur le support de filtre inférieur ( 31) est située au sommet de sa concavité à environ 0,5 à 2 mm au dessus de ce flan et, dans la zone marginale du support ( 28), se trouve juste au dessus du plan du flan de filtrage plat ou dans ce plan même. 6 Petit filtre selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'entrée ( 30) des canaux de liai- son ( 31) débouchant dans le canal collecteur ( 27 ',27-") est plus étroite que l'ouverture du canal collecteur ( 27 ',27 ") dans cette zone, et plus étroite que le diamètre d'une goutte de liquide (F') provenant du réservoir de liquide ( 4).