DE2632044B2 - Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Flüssigkeiten durch semipermeable Memb;ancn, die als dünnwandige Röhren gebaut sind, die dazu dienen, von einer der erwähnten Flüssigkeiten durti itrömt zu werden, während sie an der Außenseite von der zweiten dieser Flüssigkeiten umgeben sind, wobei zwei oder mehrere, voneinander getrennte Kammern von einem rohrförmigen Außenmantel gebildet werden, der durch in seiner Längsrichtung angeordnete Zwischenwände in diese Kammern aufgeteilt ist.

Aus der US-Patentschrift 37 28 256 ist eine ähnliche Vorrichtung wie oben erwähnt, beschrieben. Bei der danach bekannten Diffusionsvorrichtung strömt aber das eine Fließmittel, die Reinigungsflüssigkeit, von einem Einlaßstutzen zu einem Querverteiler, dann in Querströmung zu der zu reinigenden Flüssigkeit durch die einzelnen Kammern und über einen Quersammler schließlich zum Auslaß. Dadurch ist die Strömungsrichtung des einen Fließmittels nicht entgegengesetzt zu der des anderen Fließmittels, z. B. des Blutes, sondern strömt quer zum Blut, und die Reinigungsflüssigkeit kommt folglich nicht mit allen Kapillarröhrchen in Berührung, so daß die Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit mangelhaft ist.

Aus Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Band t, Seite 612, ist ferner eine Diffusionsvorrichtung (Cerini-Dialysator) bekannt, bei dem beide Flüssigkeiten, sowohl die Reinigungsflüssigkeit, ζ. Β. Wasser, als auch die zu reinigende Flüssigkeit, ζ. B. die Preßlauge, mehrere Male zickzackförmig um 180° in Strömungsrichtung umgekehrt werden müssen, um so vom Eingang bis zum Ausgang zu gelangen. Es versteht sich, daß hierbei gewisse Drosselungseffekte auftreten und überwunden werden müssen. Wollte man Blut mit dieser Vorrichtung dialysieren, so müßte das Blut mit recht hohem Druck durch das Rohrleitungssystem hindurchgepumpt werden. Dieser Beanspruchung darf Blut aber nicht ausgesetzt werden. Aus der österreichischen Patentschrift 2 95 472 ist ferner ein Gegenstromdialysator bekannt, bei dem mehrere Kapillarröhrchen parallel und im Abstand zueinander und von den Stirnwänden des Außenmantels angeordnet sind, so daß ein erstes Medium, z.B. Blut, nach Verlassen eines Verteilerraumes in ein und derselben Richtung durch die Kapillarröhrchen strömt, in einem Sammelrohr gesammelt und nach Durchtreten des Absperrventils als

gereinigtes Medium abgeführt wird. Währenddessen wird die Reinigungsflüssigkeit an den Seiten in Stutzen in einen gekrümmten Doppelbodenraum geführt und nach und nach in Kanäle geleitet, die jeweils um ein Kapillarröhrchen im Abstand zu diesem angeordnet

is sind und somit ebenfalls parallel verlaufen. Die

Reinigungsflüssigkeit kann dann die Kapillarröhrchen

umströmen und verläßt den Dialysator oben wieder durch seitliche Stutzen als verbrauchte Flüssigkeit

Der Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht in

einer schlechten Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit die nur ein einziges Mal die Gelegenheit hat auf der kurzen Länge eines Kapillarröhrchens an dieser entlang vorbeizustreichen, um mit der semipermeabler) Membran in Wirkeingriff zu gelangen. Reinigungsflüssigkeit ist aber relativ teuer und wird nach der Dialyse bekanntlich sofort in den Abfluß geleitet Die Ausnutzung dieses bekannten Gegenstromaustauschers ist daher mangelhaft. Noch schlechter ist die Ausnutzung der Reinigungs flüssigkeit nach der aus der deutschen Auslegeschrift 12 36 476 bekannten Dialysevorrichtung, die nur eine einzige Kammer aufweist, in der ein Bündel von feinen Hohlfasern angeordnet ist Zwar strömt das Blut in der einen und die Reinigungsflüssigkeit etwa in der entgegengesetzten Richtung, die Zeit des Einwirkens aber ist außerordentlich kurz. Damit läßt auch hier die Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit zu wünschen übrig, so daß auch dieser bekannte Dialysator mit dem einen großen Rohrbündel nur einen sehr aufwendigen

Betrieb unter schlechter Dialysierwirkung und mangelhafter Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit erlaubt. Bei der Blutdialyse hat man festgestellt, daß der Austausch zwischen den Flüssigkeiten durch die semipermeable Membran schon dann verbessert wird, wenn man die Reinigungsflüssigkeit intensiver mit den Membranen in Berührung bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs bezeichnete Vorrichtung so zu ändern, daß unter besserer Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit

so auf kleinem Räume gearbeitet werden kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, daß jede Kammer von der in Strömungsrichtung nächstfolgenden durch einen Kanal getrennt ist, der keine dünnwandigen Röhren aufweist

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen wird erfindungsgemäß eine kompakte Bauweise und den noch eine bessere Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit erreicht. Unter Vermeidung eines Zickzackweges der zu reinigenden Flüssigkeit sowie unter Vermeidung einer kurzen Kontaktwirkung zwischen den beiden Fließmitteln miteinander wird erfindungsgemäß auf den Gegenstrom zwischen den beiden Fließmitteln in einrr bestimmten Weise abgestellt. Die gesamte Dialysierflüssigkeit soll jede mit Röhrchen besetzte Kammer im Gegenstrom zum Blut durchlaufen. Durch die Auftei-

lung der Gesamtvorrichtung in mehreren Kammern wird die Bildung von toten Zonen vermieden, in denen z, B, einige Hohlfasergruppen zusammengedrückt sein könnten.

Erfindungsgemäß wird das Blut an dem einen Ende der Vorrichtung eingeführt und am anderen Ende ohne viel Umlenkungen, d. h. bei sanfter Behandlung, wieder herausgeführt Die zwischen zwei Kammern angeordneten Kanäle ohne Röhrchen führen die Dialysierflüssigkeit von einem Ende des Außenmantels zum anderen. Dadurch wird die Reinigungsflüssigkeit so geführt, daß in den Kammern mit Röhrchen stets ein Gegenstrom vorhanden ist. Der Kanal ohne Röhrchen verbindet dabei z.B. das Auslaßende einer Kammer mit dem Einlaßende der nächstfolgenden Kammer.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung kann man die zu reinigende Flüssigkeit, z. B. das Blut, sehr schonend behandeln, weil es praktisch keine großen Widerstände zu überwinden hat Es reicht, wenn man eine sehr leistungsschwache Blutpumpe einsetzt, und man vermeidet dann mit Vorteil ein Durchpressen oder Durchsaugen dieser sehr empfindlichen Flüssigkeit Trotz der sehr guten Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit ist erfindungsgemäß also eine Vorrichtung mit kleinstmöglichem Widerstand für das Blut geschaffen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient vor allem zur Reinigung von Blut, d. h. als sogenannte künstliche Niere. Hierbei strömt Blut durch die dünnwandigen Röhren, während eine Reinigungsflüssigkeit zum Durchfluß außerhalb der Röhren gebracht wird. Diese Reinigungsflüssigkeit besteht normalerweise aus reinem Wasser mit gewissen Salzzusätzen.

Dem Fachmann ist jedoch klar, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für viele andere Zwecke brauchbar ist. Beispielsweise kann sie zum Sauerstoffzusatz zum Blut benutzt werden, wobei die Reinigungsflüssigkeit gemäß vorstehendem Beispiel gegen Sauerstoff oder eine Gasmischung, die Sauerstoff enthält, ausgetauscht wird. In diesem Falle bestehen die erwähnten Fließmiltel ilso aus einer Flüssigkeit bzw. einem Gas. Sie können jedoch auch aus zwei Gasen bestehen, beispielsweise bei Ausscheidung von Stoffen aus einem Gas zur Überführung derselben in ein anderes Gas. Da die Vorrichtung jedoch in erster Linie als sogenannte künstliche Niere gebraucht werden soll, wird sie nachstehend mit Hinweis auf eine derartige Benutzung beschrieben. Dies geschieht unter Hinweis auf die Zeichnungen, die als Beisoiel eine bevorzugte Ausführungsart der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen. Es zeigt

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsart der erfindungsgerräßen Vorrichtung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine entsprechende Ansicht der gleichen Vorrichtung, teilweise im Schnitt,

Fig.3 eine relativ Fig. 2 winkelrechte Ansicht, ebenfalls teilweise im Schnitt, und

F i g. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV in F i g. 2.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 —4 besteht aus einem Außenmantel 1, der, wie aus F i g. 4 genauer ersichtlich, aus zwei Teilen la bzw. \b zusammengesetzt ist. Die eo beiden Hälften werden in dem gezeigten Beispiel von hakenförmigen Verschlußorganen 2a und 2b zusammengehalten, können aber praktisch in beliebiger Weise zusammengehalten werden, beispielsweise durch Verleimung, Verschweißung oder durch eine Art Schrauben- oder Klemmorgane. Teil \b enthält Zwischenwände 3b, die zwischen sich Kammern 4 bzw. Kanäle 5 bilden. Durch die Kammern 4 verlaufen dünnwandige Röhren 6, die von Endwand 7 nach Endwand (siehe Fig. 1) laufen. Die Kanäle 5 haben keine solchen dünnwandigen Röhren. Die zur Hälfte ib des Außenmantels 1 gehörenden Zwischenwände 3b sind durch Dichtungen 8a zur Hälfte la des Außenmantels abgedichtet Diese Dichtungen 8a können in einem Stück mit Hälfte la hergestellt sein, oder aus separaten Dichtungen bestehen.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als sogenannte künstliche Niere benutzt werden soll, wird einer Einlaufkammer 10 via Einlauf 9 in Pfeilrichtung A Blut zugeführt Diese Kammer wird auf einer Seite von Endwand 7 und auf der anderen Seite von einem deckelähnlichen Endteil 11 begrenzt. Die dünnwandigen Röhren 6 münden sämtlichst in Kanter 10 ein. An ihren anderen F,nden münden die Röhrer, in entsprechender Weise in eine Auslaufkammer 12 für das Blut. Von dieser Auslaufkammer wird das Blut in Pfeilrichtung B durch Auslauf 13 geleitet Hierbei liegt Auslaufkammer 12 zwischen Endwand 7 und einem deckelähnlichen Endteil 14. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Anbringung in vertikaler Richtung vorgesehen, wobei das Blut also in ihrem unteren Teile einläuft und aus ihrem oberen Ende ausläuft. Die Salzlösung oder Reinigungsflüssigkeit wird dagegen an ihrem oberen Ende in Pfeilrichtung C durch den Einlauf 15 zugeführt. Sie strömt dann in Pfeilrichtung D im Gegenstrom zum Blut, das in Pfeilrichtung £ fließt Dies geschieht durch eine erste Kammer 4. Am unteren Ende der Niere wendet die Reinigungsflüssigkeit um und strömt durch einen Zwischenkanal 5 nach oben. Dann strömt sie wiederum in Pfeilrichtung D im Gegenstrom zum Blut etc. Zum Schluß gelangt die Reinigungsflüssigkeit zum Auslauf 16 und strömt in Pfeilrichtung Fab.

Die Endwände 7 bestehen aus einer mehr oder weniger elastischen Masse, die die jeweilige Röhrenöffnung dicht umschließt und die beiden Fluida dadurch effektiv voneinander abdichtet. Zwischen den fc'ndwänden 7 und Endteilen 11 bzw. 14 sind außerdem Packungen 17 eingelegt. Hierbei können die Endteile 11 bzw. 14 in beliebiger Weise an dem rohrförmigen Außenmantel 1 befestigt sein, beispielsweise durch Kleister, Verleimung oder durch eine Art Schraubenoder Klemmorgane. In Fig. 3 sitzen sie jedoch durch hakenförmige Verschlußorgane 18 und 19 an Mantel 1 fest.

F.s kann aber auch der Fluß in der als Beispiel gezeigten Konstruktion umgekehrt werden, so daß das Biut oder entsprechende Fließmittel von oben zugeführt wird, während die Reinigungsflüssigkei' oder das entsprechende Fließmittel von unten zugeführt wird, d. h. in entgegengesetzter Richtung zu den Pfeilen A-F. Ferner ist zu beachten, daß die dünnwandigen Röhren 6 der Deutlichkeit halber übertrieben dick dargestellt sind. In Wirklichkeit mißt der äußere Durchmesser zweckmäßigst 03—0,5 mm, wobei gleichzeitig die Wanddicke extrem gering ist. Aber auch andere Dimensionen sind möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Flüssigkeiten durch semipermeable Membranen, die als dünnwandige Röhren gebaut sind, die dazu dienen, von einem der erwähnten Flüssigkeiten durchströmt zu werden, während sie an der Außenseite von der zweiten dieser Flüssigkeiten umgeben sind, wobei zwei oder mehrere, voneinander getrennte Kammern von einem rohrförmigen Außenmantel gebildet werden, der durch in seiner Längsrichtung angeordnete Zwischenwände in diese Kammern aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kammer (4) von der in Strömungsrichtung nächstfolgenden durch einen Kanal (5) getrennt ist, der keine dünnwandigen Röhren (6) aufweist
2. 2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (5) von zwei nebeneinonderliegenden Zwischenwänden (Zb) gebildet isu von denen sich die eine von einem Ende des Außenmantels (1) zu dessen anderem Ende erstreckend, ohne an dieses heranreichend ist, während die andere, in gleicher Weise von diesem anderen Ende in Richtung zum erstgenannten Ende verlaufend, ohne dieses jedoch erreichend ist.