DE2408457B2

DE2408457B2 - Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen durch semipermeable Membranen

Info

Publication number: DE2408457B2
Application number: DE2408457A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Esloev Riede (Schweden)
Original assignee: Gambro AG
Current assignee: Gambro AG
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1980-01-17
Also published as: DK144057B; FR2222113B1; FR2222113A1; CA1030878A; NL7403535A; NO136636C; AR201434A1; JPS5542843B2; JPS5460281A; NO740995L; SE365119B; BE812579A; NO136636B; AU6677874A; JPS508396A; NL171861C; GB1469651A; NL171861B; JPS5414880B2; IT1015856B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen von einem Fließmittel zu einem anderen durch semipermeable Membranen, die paarweise zwischen Distanzplatten in einem Stapel von mindestens zwei solcher Platten angeordnet sind, wobei jede Platte an jedem Ende zum Ein- und Auslauf angeschlossene Durchlaufkanäle für das jeweilige Fließmittel aufweist, von denen ein erstes Fließmittel zur Durchleitung zwischen den paarweise angebrachten Membranen und ein zweites Fließmittel zwischen diesen Membranen und nebenliegenden Distanzplatten angeordnet ist, und die Durchlaufkanälc für das /weit':

Fließmittel von vier verschiedenen Dichtungsflächen umgeben sind, von denen je zwei und zwei einander angepaßt sind.

Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der US-Patentschrift 30 51 316 bekannt, bei welcher zwischen den Verteilungsscheiben für Fließmittel über schmaler als diese ausgebildete Membranen als Netz ausgestaltete Stützplatten vorgesehen sind, die breiter als die Membranen und fast so breit wie die Verteilungsplatten

ίο sind. Die als Netz ausgebildete Stützplatte hat keine Vorrichtung zum Zu- oder Abführen von Reinigungsflüssigkeit. Diese Flüssigkeiten werden im bekannten Fall einem sehr einfachen Fließweg unterworfen, so daß die Verteilung nur sehr schwierig kontrollierbar und im

is Endeffekt unwirksam ist. Bei der dort beschriebenen Konstruktion ist es nämlich möglich, daß nicht alle Teile der Reiniungsflüssigkeit vom Einlauf gleich gut verteilt zum Auslauf fließen können, d.h. eine schlechte Verteilung zu befürchten ist Außerdem ist der Aufbau der bekannten Diffusionsvorrichtung kompliziert und daher sehr schwierig zu montieren.

Es sind auch noch andere Dialysevorrichtungen bekannt, bei denen aber durchweg nur Einfach-Membranen verwendet werden, so daß sich schon hierdurch raumaufwendige und fließtechnisch unvorteilhafte Konstruktionen ergeben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Diffusion der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher und billiger Herstellung in

Massenfabrikation einen Einwegartikel vorsieht, der dennoch eine sehr effektive Verteilung von Reinigungsflüssigkeit gewährleistet, ohne daß zusätzliche lose Verteilungsscheiben für die Reinigungsflüssigkeiten verwendet werden müssen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dichtungsflächen so angeordnet sind, daß sie in verschiedenen Abständen zum Zentrum des Durchlaufkanals paarweise zwischsnliegende Membranenpaare dicht zusammenpressend-.;nd, wobei gleichzeitig von der Fläche der Platte offene, das zweite Fließmittel an den jeweiligen Dichiungsflächen an der relativ zu diesen entgegengesetzten Seite der Platte vorbeileitende Kanäle angeordnet sind.

Unter den vier verschiedenen Dichtungsflächen kann man vom Durchlaufkanal aus gesehen z. B. an der Platte unten eine innere und äußere ebene Fläche und an der Platte oben ebenfalls eine äußere und eine innere ebene Ringfläche verstehen. Weitere Beispiele sind unten erläutert. Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung ist es in einfacher Weise möglich, mittels einfacher Werkzeuge aus einem Stück geformte Distanzplatten herzustellen, während dies bei den komplizierten Konstruktionen der bekannten Vorrichtungen nur mit Werkzeugen mit beweglichen Kernen möglich ist oder, wie z. B. bei der Vorrichtung nach der deutschen Offenlegungsschrift 16 16 486, mit einer Vielzahl von Einzelteilen. Die Durchströmung der Reinigungsflüssigkeit, ζ. B. der Salzlösung, kann erfindungsgemäß über den ganzen Querschnitt der Vorrichtung gleichförmig

fto erfolgen, so daß im Falle der künstlichen Niere das Blut in wirksamer Weise gereinigt wird. Die gleichmäßige Strömung wird erfindungsgemäß sogar unter Druck mit Drosseln in sämtlichen Schichten erreicht. Die erwähnten Durchlaufkanäle sind schachtartig ausgestaltet und leicht herstellbar.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung sind zwei der Dichtungsflächen glatt und im Verhältnis zum Durchlaiifkanal in größerem bzw. kleinerem Abstand zu

dessen Zentrum konzentrisch angeordnet, während die zwei anderen Dichtungsflächen als ringförmige Dichtungswulste geformt und im gleichen Abstand von erwähnten Zentrum liegend sind. Wenn ferner vor den größeren Dichtungsflächen angeordnete, die Platte durchschneidende äußere Nebenkanäle für das erwähnte zweite Fließmittel vorhanden sind, dann braucht man an jedem Ende der Distanzplatte nur eine Verteilungsscheibe für die zu reinigende Flüssigkeit vorzusehen, während bislang im bekannten Fall an jedem Ende je in eine Verteilungsscheibe für das Reinigungsfließmittel und zusätzlich je eine Verteilungsscheibe für die zu reinigende Flüssigkeit notwendig waren.

In bezug auf den Durchlaufkanal des Reinigungsfließmittels erreicht man mit Vorteil eine gleichmäßigere Strömung noch dann, wenn erfindungsgemäß an der relativ zu den kleineren Dichtungsflächen entgegengesetzten Seite der Platte radial angeordnete innere Verteilungskanäle für das erwähnte zweite Fließmittel (das ist das Reinigungsfließmittel) vorhanden sind. Wenn erfindungsgemäß ferner an der relativ zu den größeren Dichtungsflächen entgegengesetzien Seite der Platte radial angeordnete äußere Verteilungskanäle für das erwähnte zweite Fließmittel (das ist die Reinigungsflüssigkeit) vorhanden sind, dann wird die Reinigungsflüssigkeit damit ohne Vermischen mit der zu reinigenden Flüssigkeit, beispielsweise dem Blut, auf beide Seiten der Distanzplatte geführt.

Wenn vorstehend von inneren und äußeren Kanälen gesprochen ist, dann wird mit »innerhalb« und »außerhalb« stets auf den Durchlaufkanal für das zweite FlieBmittel, d. h. die Reinigungsflüssigkeit, Bezug genommen, der zweckmäßig ein durch die Distan/.platten hindurchgehendes Kreisloch darstellt und durch die übereinandergehende Anordnung der einzelnen Distanzplatten den erwähnten Schacht bildet.

Bei einem Beispiel kann man die radial angeordneten inneren Verteilungskanäle auf der zu den kleineren Dichtungsflächen entgegengesetzten Seite der Distanzplatte und die äußeren Verteilungskanäle auf der zu den größeren Dichtungsflächen entgegengesetzten Seite der Distanzplatte anordnen.

Durch die erfindungsgemäßen Merkmale erreicht man also eine sehr günstige Verteilung der Reinigungsflüssigkeit bei einfachem Aufbau, d. h. mit wenigen Teilen, insbesondere unter Vermeiaung zusätzlicher, lose einzusetzender Salzlösungsverteilungsscheiben, wobei die ganze Konstruktion in Massenfabrikation hergestellt und nach Gebrauch fortgeworfen werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zwar vorwiegend zur Benutzung als sogenannte künstliche Niere, d. h. zur Reinigung von Blut durch Dialyse, verwendet. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann aber auch für andere Zwecke gebraucht werden, beispielsweise zur Reinigung von anderen Flüssigkeiten oder zur Sauerstoffdurchsetzung von Flüssigkeiten. In dem letzterwähnten Falle erfolgt eine Diffusion von Sauerstoff von einer Seite einer Membrane in eine Flüssigkeit, beispielsweise Blut, an der anderen Seite der w> gleichen Membran. Unter Fließmittel ist in dieser Beschreibung sowohl Gas als auch Flüssigkeit gemeint.

Den vorstehenden und mehreren weiteren Bedingungen entspricht die nachstehend beschriebene, als künstliche Niere ausgebildete Diffusionsvorrichtung. b5 Hierbei wird auf die Zeichnung hingewiesen, die als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes beschreibt. Es zeigt

Fig. IA schemalisch einen Schnitt durch das eine Ende einer länglich ausgebildeten künstlichen Niere,

Fig. IB eine Teilansicht von Fig. IA in vergrößertem Maßstab, wobei die zur Niere gehörenden Distanzplatten und Membranen auseinandergezogen sind,

Fig.2 die Oberseite einer zur Niere gehörenden Distanzplatte in verkürztem Zustand,

F i g. 3 in gleicher Weise die Unterseite der gleichen Platte,

F i g. 4 in gleicher Weise verkürzt eine Seitenansicht dergleichen Platte,

F i g. 5 einen Detailschnitt längs der Linie V-V von Fig. 3.

F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie Vl-Vl von F i g. 2,

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie VN-VII von Fig. 2,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII von Fig. 2,

F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie ' ·ί-ΙΧ von F i g. 2, Fig. iO einen Schmu längs der Linie λ-X von F i g. 2,

Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie Xl-Xl von Fig. 2.

Wie aus F i g. 1A und 1 B arn besten ersichtlich, besteht die als Beispiel für die vorliegende Erfindung gezeigte Niere aus einer oberen Spannplatte 10 und einer unteren Spannplatte 11, die von Spannschienen 12 zusammengehalten werden.

Zwischen den Spannplatien 10 und 11 ist ein Paket von identisch geformten Distanzplatten 13 (siehe F i g. 2 bis 4) und paarweise angeordneten Membranen 14 eingespannt. Ganz außen wird dieses Paket von einer oberen Abschlußplatte 15 und einer unteren Xbschlußpiatte 16 begrenzt. Über einem Nippel 17 mit einem inneren Kanal 18 wird eine als Reinigungsflüssigkeit wirkende Salzlösung zugeführt. Dieser Kanal 18 geht durch das ganze Paket Distanzplatten und die dazwischenliegenden Membranen hindurch, '.n gleicher Weise wird durch einen weiteren Nippel Blut zugeführt.

Der Strömungsweg der Salzlösung geht am besten aus 1 ig. IB hervor. Vom Durchlaufkanal 18 strömt die Lösung durch radial angeordnete innere Verteilungskanäle 196 und 19c. Diese sind hierbei an entgegengesetzten Enden der Distanzplatte 13 an deren Unterseite bzw. ihrer Oberseite, vom Durchlaufkanal 18 ausgehend, angeordnet. Zwecks Erreichung der in Fig. IB gezeigten Lage ist hierbei jede zweite Distanzplatte, ohne gewendet zu werden, d. h. stets mii gleicher Seite nach oben, um 180° gedreht worden.

Von den Kanälen 19£> und 19c aus strömt die Salzlösung durch die Distanzplatte durchschneidende innere Nebenkanäle 20 nach der entgegengesetzten Seite r'°r Platte. Von den Nebenkanälen 20 strömt die: Flüssigkeit dann durch radial angeordnete äußere Verteilungskanäle 2'a und 2h/weiter. Hierbei sind die: Kanäle 21a und 21c/an entgegengesetzten Enden der Distanzplatte an deren Oberseite bzw. Unterseite angeordnet. Außerhalb der Kanäle 21a und 2\d sind äußere, die Platte durchschneidende Nebenkanäle 22 vorhanden. Dank dieser kann die Flüssigkeit von den Kanälen 2ia und 21c/längs den beiden Außenseiten der Platte weiterströmen.

Damit die Salzlösung nicht in den Zwischenraum zwischen den Membranen 14 einströmen kann, sind innere ringförmige Dichtungswulste 23a sowie äußere, gleichfalls ringförmige Dichtungswulste 24c vorhanden. Diese Dichtlingswulste wirken mit äußeren glaiten, ringförmigen Dichtungsflächen 25b und inneren, eben-

falls glatten, ringförmigen Dichtlingsflächen 26c/ zusammen. Wie am besten aus F i g. 1B ersichtlich, ist beispielsweise der äußere ringförmige Dichtungswulst 24c zum Zusammenwirken mit der äußeren glatten, ringförmigen Dichtungsfläche 25bbestimmt. In gleicher Weise wirkt der innere Dichtungswulst 23;) mit der inneren Dichtungsfläche 26t/ zusammen. Die Buchslaben a, o. c bzw. d stellen also vier verschiedene Endflächen der identisch geformten Üistanzplalten dar. Wenn nun Fig. IB die vier obersten Dislan/plaitcn in einer Niere an ihrem einen F.nde darstellt, so erhält mim. von oben gerechnet, folgende Serie Iindflachen: ,·/, b. c. il, ;i, b, c. d. Am entgegengesetzten F.nde der Niere hut man stattdessen einen in. wesentlich gleicher Art aufgebauten Auslauf, wo aber die oberen Flächen von der Serie c\ </. a. b, c, d :i. b dargestellt werden. An diesem entgegengesetzten finde ist also, entsprechend Nippel 17, cm Nippel vorhanden, der als Auslaut der Reinigungsflüssigkeit dient.

In den F i g. 2 bis 4 werden die [inden der Dislanzplaltcn von oben, unten bzw. von der Seite aus gesehen, gezeigt. Hierbei ist der größte Teil der wirksamen Fläche der Distanzplatte fortgeschritten. In Wirklichkeit entspricht die Länge der Platte etwa iO mal ihrer Breite. In den Fig. 2 bis 4 sind die gleichen Bezeichnungen wie in F i g. I B zu finden. Außerdem werden durchgehende Löcher 27 gezeigt, die an Fiin- und Ausläufe für Blut angeschlossen sind. Um diese Löcher 27 herum befinden sich ringförmige Dichtungswulste 28 und 29 Das Blut wird mit Hilfe von speziellen, zwischen den Membranen angeordneten Blutverteilungsknöpfen an diesen Wulsten vorbeigcleitet. die nicht Teil der vorliegenden F.rfindung bilden und daher nicht gezeigt sind. Das hierbei zwischen den Membranen durchgeführte Blut wird dann durch die Blutverteilungskanälc 30 nach der wirksamen Fläche 31 der Platte hin weitergcleitet. Mit 32 sind Versenkungen bezeichnet, die bei der Montage der Niere mit Absätzen 33 zusammenwirken sollen. Seitenleisten 34 geben den Platten, wie am besten aus F¹Ig-Ia ersichtlich, die schalenähnliche Form.

Die wirksame Fläche der Piaitc geht am besten aus I'ig. 10 und Il hervor. Diese Fläche besteht also aus einer Zahl von Absätzen 35 mit zwischenliegendcri. quer und längs verlaufenden Kanälen 36 bzw. 37. Hierbei sind die längs verlaufenden Kanäle 37 etwas tiefer als die quer verlaufenden Kanäle 36. Zwischen sich klemmen die Absätze 35 die paarweise angeordneten Membranen an einer Menge dicht liegender Punkte zusammen. wodurch diese bei gleichzeitiger Bildung von Blutkanälen mitten vor den Kanälen 36 und 37 effektiv unterstützt werden.

Mit 38 wird in Fig. 2 und 3 ein halbkreisförmiger Kanal für die Reinigungsflüssigkeit bezeichnet. Dieser Kanal ist auch in Fig. 9 wiederzufinden, in der ein Schnitt sowohl durch den Durchlaufkanal 18 für die Salzlösung als auch einen entsprechenden Kanal 27 für das Blut dargestellt ist. In Fig. 9 wird auch ein Dichtungswulst 39 gezeigt, der auch in I-i g. 3 und IO wiederzufinden ist. Dieser Dichtungswulst verläuft im Prinzip um die ganze wirksame Fläche der paarweise angeordneten Membranen und Distanzplatten, einschließlich des Arrangements zur Verteilung von Blut und Salzlösung herum.

Hierzu Λ Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen von einem Fiießmittel zu einem anderen durch semipermeable Membranen, die paarweise zwischen Distanzplatten in einem Stapel von mindestens zwei solcher Platten angeordnet sind, wobei jede Platte an jedem Ende zum Ein- und Auslauf angeschlossene Durchlaufkanäle für das jeweilige Fließmittel aufweist, von denen ein erstes Fließmittel zur Durchleitung zwischen den paarweise angebrachten Membranen und ein zweites Fließmittel zwischen diesen Membranen und nebenliegenden Distanzplatten angeordnet ist, und die Durchlaufkanäle für das zweite Fließmittel von vier verschiedenen Dichtungsflächen umgeben sind, von denen je zwei und zwei einander angepaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsflächen (23a, 25b, 24c und 2%d)so angeordnet sind, daß sie in verschiedenea Abständen zum Zentrum des DurchiauPicanals (to) paarweise zwischenliegende Membranenpaare (14, 14) dicht zusammenpressend sind, wobei gleichzeitig von der Fläche der Platte offene, das zweite Fließmittel an den jeweiligen Dichtungsflächen an der relativ zu diesen entgegengesetzten Seite der Platte vorbeileitende Kanäle (21a, 19/?, 19c und 21 d) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Dichtungsflächen (25/> und 264) glatt sind und im Verhältnis zu Durchlaufkanal (18) in größer, -ii bzw. kleinerem Abstand zu dessen Zentrum konzentrisch angeordnet sind, während die zwei anderen Dichtungsflächen (23a und 24c) als ringförmige Dichtungswulsie geformt und im gleichen Abstand vom erwähnten Zentrum liegend sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor den größeren Dichtungsflächen angeordnete, die Platte durchschneidende äußere Nebenkanäle (22) für das erwähnte zweite Fließmittel vorhanden sind.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß an der relativ zu den kleineren Dichtungsflächen (23a und 2f>d) entgegengesetzten Seite der Platte radial angeordnete innere Verteilungskanäle (\9b bzw. i9c) für das erwähnte zweite Fließmittel vorhanden sind.

5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß an der relativ zu den größeren Dichtungsflächen (25b und 24c,) entgegengesetzten Seite der Platte radial angeordnete äußere Verteilungskanäle (21a bzw. 2Id) für das erwähnte zweite Fließmittel vorhanden sind.