採用流體支撐件的流體分離器的製作方法

2023-10-27 05:02:22 2

專利名稱：採用流體支撐件的流體分離器的製作方法
技術領域：
本主旨涉及用於旋轉膜類型的流體分離器的支撐系統。
背景技術：
用於分離和收集給定的全血成分的技術廣泛地用於許多治療、醫療和實驗應用中。在血液分離過程中，可以通過獲取全血、分離成分並且將剩餘成分返回到供體而從單獨的供體收集一種或多種血液成分諸如血漿。可通過多種裝置執行血漿置換 (plasmapheresis),包括通過離心和通過膜過濾。通過膜過濾的血眾置換的一個方法在授予斯科恩多爾(Schoendorder)的美國專利No. 5, 194, 145中描述,在此通過引用將其合併。具有內部收集系統的柱形膜覆蓋旋轉器被設置在靜止外殼或殼體內，並且具有將膜和外殼分離的基本環形間隙或空間。血液在裝置的端部處(優選地在頂端處)被供給到間隙中，並且當旋轉器繞其中心線軸旋轉時，血液周向地且大體軸向地移動通過間隙。血漿通過膜被提取到旋轉器內側的中心流動路徑，此處血漿從裝置的另一端部被移除。殘餘的血液成分在與間隙相關聯的出口處從裝置移除。血漿提取在該裝置中通過在膜處且圍繞膜的泰勒渦流得以增強，所述泰勒渦流在旋轉器在外殼內旋轉時產生，如在斯科恩多爾No. 5，194，145專利中更詳細地描述。雖然前述血漿置換系統適當地工作，但對於裝置和過程的構造、組裝和可靠性的進一步改進在本公開的裝置和過程中得以實現。

發明內容
存在可以在如下所描述和要求保護的裝置和系統內分開地實施或一起實施的本主旨的數個方面。這些方面可單獨地被採用或與在此所述的主旨的其它方面組合被採用，並且這些方面一起的描述不旨在排除分開地使用這些方面，或排出如在附帶的權利要求中所闡述對於此方面的分開地或以不同的組合的要求保護。在一個方面中，流體分離裝置設有外殼體和轉子，該轉子以可旋轉的方式接納在外殼體內。轉子殼體具有第一端部和第二端部。轉子的外表面和/或外殼體的內表面適於允許流體組分通過所述表面。該裝置還包括柔性密封件，所述柔性密封件與轉子的端部中的一個相關聯，並且適合於允許轉子相對於外殼體的非軸向和軸向的旋轉運動。在另一個方面中，支撐系統設有靜態本體、動態本體和在靜態本體和動態本體之間的流體。動態本體能夠繞軸線旋轉，使得動態本體的旋轉導致流體的至少一部分旋轉。動態本體的旋轉還通過旋轉流體的至少一部分作用在旋轉動態本體上的壓力平衡實現靜態本體和動態本體之間的基本同軸對準。
在又一個方面中，提供了用於實現靜態本體和動態本體之間的基本同軸對準的方法。該方法包括提供靜態本體、動態本體和在靜態本體和動態本體之間的流體。靜態本體和動態本體的至少一個端部能夠相對地移動,並且例如動態本體的至少一個端部能夠與靜態本體不同軸對準地移動。動態本體繞軸線旋轉，由此導致流體的至少一部分旋轉。動態本體的至少一個端部與靜態本體的基本同軸對準是通過旋轉流體的至少一部分作用在旋轉動態本體上的壓力平衡來實現的。


圖I是根據本公開的一方面的流體分離裝置的示意性前視圖；圖2是圖I的流體分離裝置的柔性密封件的細節視圖；圖3是處於對準狀態的圖I的流體分離裝置的示意性頂視圖；並且圖4是處於未對準狀態的圖I的流體分離裝置的示意性頂視圖。
具體實施例方式在此公開的實施例用於提供本主旨的所要求的描述的目的。所述實施例僅是示例性的且可以以不同的形式實施。因此，在此公開的特定的細節不被理解為限制在所附權利要求中限定的主旨。根據本公開的流體分離裝置10在圖I中示意。在此所述的流體分離裝置特別有利地用於從全血分離血漿，但相同的原理可應用於其它流體，且本公開不限制於血漿置換應用。流體分離裝置10包括大體柱形靜止外殼體12和大體柱形轉子14，所述轉子14以可旋轉的方式接納在外殼體12內。外殼體12和轉子14被大體環形間隙16分隔開。還提供了驅動器裝置(未圖示)，用於繞其中心軸線以速度《旋轉轉子14。根據常規設計，該驅動器裝置可以是適於與轉子14的金屬元件18相互作用的電磁體。還可以在不偏離本發明的範圍的情況下採用用於繞其中心軸線旋轉轉子14的其它裝置。在示意的實施例中，轉子銷20與外殼體12和轉子14的中心軸線對準。轉子銷20的一端被接納在外殼體12的上端24處的上殼體支撐件22內，且轉子銷20的另一端被接納在轉子14的上端或第一端部28處的轉子支撐件26內。轉子銷20用於維持轉子14的上端28與外殼體12大體同軸對準。如將在下文中更詳細地描述，轉子銷20是可選特徵，且可以從流體分離裝置10中省去。轉子14的下端或第二端部30包括大體管狀流體出口 32，所述流體出口 32在圖2中更詳細地示出。根據常規設計，轉子14的外表面34可以包括膜，該膜允許流體組分從間隙16中存在的流體進入轉子14的內部。膜還可以位於外殼體12的內表面上或位於轉子14和殼體12 二者上，以允許流體組分通過相關聯的表面。在示意的實施例中，流體出口 32將這樣的分離的流體從轉子14移除。在外殼體12的下端40處，流體出口 32被接納在柔性密封件36內，所述柔性密封件36被安放在大體柱形下殼體支撐件或凹陷或凹口 38內。柔性密封件36可包括各種材料，諸如但不限於諸如氯丁橡膠彈性體、矽樹脂或碳氟化合物的彈性材料。所圖示的密封件36具有兩個區域或部分，其中之一在此被稱為安裝部分36a，且另一個區域或部分在此被稱為柔性密封部分36b (圖2)。如所示意，安裝部分36a是中空大體柱形結構，用於緊密配合或密封地接收在殼體12的壁38內。密封部分36b如所示意地包括帶有中心孔口 42的柔性、大體環形的、徑向向內延伸的環或凸緣(可以被稱為「圓環形的」)，轉子14的流體出口 32延伸通過所述中心孔口 42。孔口 42的尺寸被設定為使得密封部分36b的內周邊緣接觸流體出口 32以密封防止液體逸出。密封部分36b充分地薄和柔性，以允許轉子12的一些軸向不對準而無洩漏。柔性密封件36允許轉子14相對於外殼體12旋轉，同時防止流體從間隙16洩漏。與常規設計形成對比，柔性密封件36還允許轉子14的下端30不與外殼體12同軸對準，如在圖3和圖4中所示。在圖3中所示的情況中，轉子軸線R與殼體軸線H對準，而在圖4中，轉子軸線R與殼體軸線H偏離。圖2以實線示出了其中轉子14的軸線與外殼體12的軸線對準的情況(如在圖3中)，而虛線示出了其中轉子軸線從殼體軸線H向左偏移的情況(如在圖4中)。如在圖2中所示意，下殼體支撐件或凹口 38的直徑足以允許流體出口 32的側向運動。不對準可以是轉子14相對於外殼體12的運動、外殼體12相對於轉子14的運動，或外殼體12和轉子14 二者在不同方向上的運動的結果。
常規的流體分離裝置採用類似於在圖I中所圖示的上支撐件-銷的關係的下殼體支撐件，由此強迫且約束轉子保持與外殼體同軸對準。已發現，由於在間隙16中移動的流體的壓力平衡導致轉子14自然地變得在外殼體12內定心，所以在轉子14的上端28和下端30處的剛性支撐件不是必要的。例如，在使用期間當轉子14向左側向偏移時(圖4)，在轉子14的左側將存在相對小的間隙16』並且在轉子14的右側將存在相對大的間隙16」。在使用中，待被分離的流體朝外殼體12的上端24被引入到間隙16中。在間隙16中的流體的粘性導致流體的至少一部分隨旋轉的轉子14旋轉。在轉子14的外表面34上的膜處或附近形成泰勒渦流，且導致流體組分穿過膜(如在美國專利No. 5，194，145中更詳細地描述)。殘留在間隙16中的旋轉流體提供壓靠轉子14的徑向向內的力。作用在轉子14上的徑向向內的力隨間隙的尺寸減小而增加，這意味著徑向力F (圖4)在相對小的間隙16』附近最大並且將克服相對大的間隙16」附近(此處處徑向向內的力處於最小值)的相對的徑向力。徑向力F的效果在於迫使轉子14與外殼體12同軸對準，在該情況中，間隙16的尺寸(且因此在所有方向上作用在轉子14上的向內徑向力)是均勻的，這具有維持轉子14正確對準的效果。因此，已發現，在轉子14的上端或下端處不需要剛性支撐件。存在被認為有助於該定心現象的存在及程度的因素。這些因素包括間隙16中的流體的密度、轉子14的轉速《、和在外殼體12和轉子14之間的間隙16的尺寸。例如，已發現，與例如空氣的可壓縮流體相比，不可壓縮的流體(例如，水或血液)將具有改進的定心效果。通過另外的示例，已發現，對於給定的流體和間隙尺寸，定心效果將隨轉子14的轉速 的增加而增加。例如，在3600RPM，在血漿置換應用期間，定心效果將非常強且趨於維持轉子14與外殼體12同軸對準。相反，在僅600rpm時，定心效果不那麼強，這可能導致轉子14在外殼體12內「搖擺」直至轉速Co被增加。為避免任何這樣的「搖擺」效果，可有利的是，為轉子14的一端設置更傳統的剛性支撐件，如在圖I中的轉子14的上端28處所示。然而，如果流體分離裝置10的意圖中的使用的本質是使得「搖擺」在低轉速下是可接受的，則可省去在轉子14的上端28處的所示意的支撐裝置。除允許轉子14的側向運動之外，柔性密封件36還允許轉子14沿旋轉軸線R的運動。在常規裝置中，向下力通常被施加到轉子(例如，通過使轉子旋轉的電磁體施加)以克服轉子的浮力，並且將該轉子壓靠在下殼體支撐件處的密封件上。在根據本公開的裝置10中，在轉子14的下端30處的密封件沒有通過向轉子14施加向下的力而改進，因此轉子14可以根據其浮力自由地上下「浮動」，而不增加從間隙16的底部洩漏的風險。將看見的是，即使當在轉子14的一端處採用更剛性的支撐裝置時(如在圖I中所示)，採用柔性密封件36的流體分離裝置10也比常規裝置具有更少的部件。因為不需要嚴格地確保上下支撐組件的對準，所以柔性密封件36的流動性還使得更容易組裝裝置10。此夕卜,柔性密封件36降低了磨損、摩擦和機械故障的機率。本公開的流體支撐件不限制於流體分離器，而是也可使用在合併了動態本體或旋轉體和相關聯的靜態本體的其它支撐系統中。如在此所使用，術語「動態」和「靜態」不旨在是限制性的，而是強調一個本體(即「動態」本體)相對於另一個本體(即「靜態」本體)的相對移動。具體地，「靜態」本體不必需在絕對意義上是靜止的，而是自身可在正常使用期間移動，無論運動是微小的(例如，振動運動)還是更明顯的。因此，術語「靜態」 「動態」用於強調一個本體相對於另一個本體的運動。這樣的支撐系統可包括靜態本體(諸如但不限制 於先前描述的外殼體12)和能夠繞軸線旋轉的動態本體(諸如但不限制於先前描述的轉子14)。支撐系統還包括靜態本體和動態本體之間的流體,並且動態本體的旋轉導致流體旋轉(根據包含在外殼體12和轉子14之間的間隙16內的旋轉流體的先前描述)。根據以上略述的原理，通過旋轉流體作用在旋轉的動態本體上的壓力平衡實現了靜態本體和動態本體之間的基本同軸對準。如在此所使用，術語「實現」(及其變體)廣義地理解為大體與如下術語同意「初始化」(例如，首先將動態本體移動成與靜態本體對準)，「維持」(例如，維持動態本體與靜態本體在使用期間對準)，或二者(將動態本體移動成與靜態本體對準且保持二者對準)。結合有流性支撐件的支撐系統可被合併在多種不同的裝置中，包括流體轉移系統，諸如在此所述的流體分離裝置10。在這樣的流體轉移系統中，動態本體可以可旋轉的方式接納在靜態本體內，並且動態本體的內部區域與靜態本體的外部區域流體連通，以將流體從動態本體的內部轉移到靜態本體的外部。流體密封件(諸如在此描述的柔性密封件36)可以被維持在動態本體的外部區域和靜態本體的內部區域之間，以確保在所述體之間存在流體，且因此確保在動態本體旋轉時兩個本體的正確對準。將理解的是，以上描述的實施例示意了本主旨的原理的一些應用。本領域技術人員可以在不偏離所要求的主旨的精神和範圍、包括單獨地公開的或在此要求的特徵的組合的情況下進行多種變型。為此原因，其範圍不限於以上描述，而是在如下的權利要求中闡述，且應理解的是，權利要求可以設計其特徵，包括在此單獨地公開或要求的特徵的組合。
權利要求
1.一種流體分離裝置，包括 外殼體； 轉子，所述轉子以可旋轉的方式接納在所述外殼體內，並且所述轉子包括 第一端部， 第二端部，所述第二端部與所述第一端部分隔開，和 所述轉子的外表面和/或所述外殼體的內表面，所述轉子的外表面和/或所述外殼體的內表面適於允許流體組分通過所述表面；和 柔性密封件，所述柔性密封件與所述轉子的端部中的一個端部相關聯，並且所述柔性密封件適於允許所述轉子相對於所述外殼體的非軸向和軸向的旋轉運動。
2.根據權利要求I所述的流體分離裝置，其中所述第一端部是所述轉子的上端，所述第二端部是所述轉子的下端，並且所述柔性密封件與所述第二端部相關聯。
3.根據權利要求I所述的流體分離裝置，其中所述柔性密封件包括安裝部分和密封部分，所述安裝部分被定位成抵靠所述外殼體，所述密封部分在所述安裝部分和所述轉子之間延伸。
4.根據權利要求3所述的流體分離裝置，其中所述柔性密封件的安裝部分大體是柱形的，並且所述柔性密封件的密封部分大體是環形的。
5.根據權利要求I所述的流體分離裝置，還包括所述外殼體和所述轉子之間的流體，其中所述流體的至少一部分作用在所述轉子上以維持所述轉子和所述外殼體之間的基本同軸對準。
6.一種支撐系統，包括 靜態本體； 動態本體，所述動態本體能夠繞軸線旋轉；和 流體，所述流體在所述靜態本體和所述動態本體之間，其中 所述動態本體的旋轉導致所述流體的至少一部分旋轉，並且 通過旋轉的流體的至少一部分作用在旋轉的動態本體上的壓力平衡實現所述靜態本體和所述動態本體之間的基本同軸對準。
7.根據權利要求6所述的支撐系統，其中 所述動態本體以可旋轉的方式接納在所述靜態本體內，並且 所述動態本體的內部區域與所述靜態本體的外部區域流體連通，而流體密封件被維持在所述動態本體的外部區域和所述靜態本體的內部區域之間。
8.根據權利要求6所述的支撐系統，還包括柔性密封件，所述柔性密封件與所述動態本體的第一端部和第二端部中的一個端部相關聯。
9.根據權利要求8所述的支撐系統，其中所述柔性密封件包括安裝部分和密封部分，所述安裝部分被定位成抵靠所述靜態本體，所述密封部分在所述安裝部分和所述動態本體之間延伸。
10.根據權利要求9所述的支撐系統，其中所述柔性密封件的安裝部分是大體柱形的，並且所述柔性密封件的密封部分是大體環形的。
11.一種實現靜態本體和動態本體之間的基本同軸對準的方法，包括如下步驟 提供靜態本體、動態本體和在所述靜態本體和所述動態本體之間的流體，並且所述動態本體的至少一個端部以非剛性方式維持與所述靜態本體同軸對準； 使所述動態本體繞軸線旋轉，由此導致所述流體的至少一部分旋轉；和 通過旋轉的流體的至少一部分作用在旋轉的動態本體上的壓力平衡來實現所述動態本體的所述至少一個端部與所述靜態本體的基本同軸對準。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述提供靜態本體、動態本體和在所述靜態本體和所述動態本體之間的流體的步驟包括將所述動態本體定位成以可旋轉的方式接納在所述靜態本體內。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述提供靜態本體、動態本體和在所述靜態本體和所述動態本體之間的流體的步驟包括在所述動態本體的所述至少一個端部和所述靜態本體之間設置柔性流體密封件。
14.根據權利要求13所述的方法，其中所述柔性流體密封件包括安裝部分和密封部分，所述安裝部分被定位成抵靠所述靜態本體，所述密封部分在所述安裝部分和所述動態本體之間延伸。
15.根據權利要求14所述的支撐系統，其中所述柔性流體密封件的安裝部分是大體柱形的，並且所述柔性流體密封件的密封部分是大體環形的。
全文摘要
流體分離裝置設有外殼體和轉子，該轉子被可旋轉地接納在外殼體內。轉子殼體具有第一端部和第二端部。轉子的外表面和/或外殼體的內表面適於允許流體組分通過該表面。裝置還包括柔性密封件，該柔性密封件與轉子的端部中的一個相關聯，並且適於允許轉子相對於外殼體的非軸向和軸向的旋轉運動。
文檔編號B01D33/067GK102971060SQ201180033683
公開日2013年3月13日 申請日期2011年6月27日 優先權日2010年7月7日
發明者小薩爾瓦託雷·曼澤拉, 理察·L·韋斯特 申請人:汾沃有限公司