DE2720362B2

DE2720362B2 - Diffusion von Stoffen zwischen zwei Fließmitteln durch semipermeable Membranen

Info

Publication number: DE2720362B2
Application number: DE2720362A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Vellinge Riede (Schweden)
Original assignee: Gambro AG
Current assignee: Gambro AG
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1980-01-17
Also published as: IE44804B1; PT66438A; PT66438B; CA1089371A; HU180759B; IE44804L; ATA391077A; AT366580B; SU893122A3; FI63860C; NZ183922A; CS210614B2; FI63860B; JPS52152878A; ES459411A1; BR7703275A; DK256277A; SE407900B; DE2720362A1; GR74334B

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diffusion von Stoffen /wischen zwei Fließmitteln durch semipermeable Membranen, die in einem Stapel, von Stützpiatten getrenni. angeordnet sind, die an Ein- bzw. Ausläufe angeschlossene Durchflußkanäle für das jeweilige Flicöniittel einschließen, von denen ein erstes Fließmittel angeordnet ist, um auf einer Seite der jeweiligen Membrane geleitet zu werden, und ein zweites Fließmittel auf der entgegengesetzten Seite der gleichen Membrane, wobei auf einer Seite der > Membrane Kanäle für das erwähnte erste Fließmittel gebildet werden, indem die Membrane in Auskehlungen einsinkt, die in einer auf der entgegengesetztem Seite der Membrane befindlichen Stützplatte angebracht sind, wobei die Auskehlungen zumindest innerhalb eines

ίο V-förmigen Bereiches angebracht sind, der in sich zumindest einen Durchflußkanal einschließt, der so nahe wie möglich an der Spitze des V liegt.

Eine ähnliche Vorrichtung ist als Dialysevorrichtung bzw. Diffusionsvorrichtung aus der DE-OS 21 56 706 bzw. der DE-OS 24 08 457 bekannt Ferner sind aus den deutschen Patentschriften 15 41241 und 17 66 448 sowie den deutschen Patentanmeldungen P Io 16 486, P 16 42 784 Diffusionsvorrichtungen und Dialysiervorrichtungen bekannt, bei denen zu reinigende Flüssigkeiten durch einen ersten Durchflußkana! und Reinigungsflüssigkeiten bzw. Spüllösungen durch einen zweiten Durchflußkanal eingeleitet bzw. abgeführt werden, die ähnlich wie die oben erwähnten Durchflußkanäle angeordnet sind. Dabei wird die Spüllösung auf der einen Seite der jeweiligen Membran und die zu reinigende Flüssigkt t auf der entgegengesetzten Seite der gleichen Membran eingeleitet Zur Bildung der Kanäle sinken die Membranen in Auskehlungen ein, die in den Stützplatten angebracht sind. Dabei strömt die zu reinigende Flüssigkeit in Kanälen zwischen dem Membranpaar in die Spüllösung in Kanälen zwischen jeweils einer Membran dieses Paares und einer Auskehlung in der Stützplatte.

Bei den bekannten Konstruktionen besteht das Problem, die Vorrichtungen nach ihrer Benutzung in zufriedenstellender Weise zu entleeren. Das ist besonders wichtig, wenn die Vorrichtung als Dialysevorrichtung, insbesondere zur Reinigung ve". Blut, benutzt wird, wobei das Blut so weit wie möglich dem Patienten wieder zugeführt werden muß.

Obwohl die nachfolgend beschriebene Erfindung nicht auf Dialysevorrichtungen zur Reinigung von Blut beschränkt ist, sondern allgemein auf Diffusionsvorrichtungen bezogen ist, wird zwecks anschaulicherer Darstellung die Erfindung an Hand der sogenannten künstlichen Niere, d. h. der Dialysevorrichtung zur Reinigung von Blut, beschrieben.

Die Aufgabe zur Verbesserung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Diffusionsvorrichtung.

nach der Benutzung die Vorrichtung besser entleeren zu können, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Enden einer jeden Stülzplatte Auskehlungen in der Fläche derselben zwischen den jeweiligen Durchflußkanälen längs der Bisektrix zum besseren Abrinnen des erstens Fließmittels, d. h. der zu reinigenden Flüssigkeit, z. B. des Blutes, beim Hochkantwenden der Vorrichtung zwecks Entleerung angebracht sind. Dabei können zwei Systeme sowohl mit verschiedenen als auch mit denselben Winkeln verwendet werden. Zwar wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen gegenüber den bekannten Lösungen eine bessere Entleerung auch schon dadurch erreicht, wenn man nur an einem Ende jeder Stützplatte eine V-förmige Anordnung der erwähnten Systeme vorsieht, es ist aber zweckmäßig,

h5 wenn die längliche Vorrichtung die erwähnte V-förmige Anordnung an jedem Ende aufweist, wobei die Spitze der V-förmigen Anordnung zu dem jeweiligen Ende hinweisend angeordnet ist Dadurch erhält man eir

symmetrische Konstruktion mit dem Vorteil einer einfacheren und praktischeren Herstellung und Benutzung.

Die Bisektrix ist die Mittellinie oder die Winkelhalbierende.

Die Patentansprüche 2 his ."5 stellen Ausgestaltungen der Erfindung dar.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung a!so, wenn jeder V-förmige Bereich einen Durchflußkanal für das erste Fließmittel, d. h. die zu dialysierende Flüssigkeit oder das Blut, und einen Durchflußkanal für das zweite Fließmittel, d. h. die Spüllösung, einschließt, wobei diese Durchflußkanäle längs der Bisektrix des V, mit dem ersten Durchflußkanal am nächsten zur Spiize, angeordnet sind. Stellt man die erfindungsgemäße Vorrichtung hochkant, läßt sich die Vorrichtung gut durch Abrinnenlassen entleeren. Um das Abrinnen noch weiter zu erleichtern, kann auch eine bogen- oder winkelförmige Auskehlung vor dem Durchflußkanal für das zweite FüeßiTiitte! angeordnet sein. Dieser Kanal erleichtert dann das Vorbeiströmen der zu reinigenden Flüssigkeit beim Entleeren der Vorrichtung dadurch, daß diese hochkant gestellt wird.

Bei zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung, bei welcher die Stützplatten auf ihrer einen Seite einen längs der Peripherie verlaufenden, ungebrochenen bzw. durchgehenden Dichtungsflansch aufweisen, der zum dichten Anschluß in zumindest einen Teil des erwähnten V-förmigen Bereiches gebracht worden ist, ist der Dichtungsflansch in einer Vertiefung angeordnet, die flacher bzw. seichter als die Höhe des Dichtungsflansches ist Dann kann nämlich letzterer leichter zusammengedrückt werden, und es ergibt sich eine bessere Dichtung, ohne daß ein zusätzlicher Raum in dem Stapel der Stützplatten mit dazwischen angeordneten Membranen beansprucht wird.

Zweckmäßig ist es gemäß der Erfindung ferner, wenn an den Enden jeder Stützplatte zwei Systeme von V-förmig ..ngeordneten Auskehlungen und davon gebildeten Kanälen mit verschiedenen Winkeln für die Spitze des V und mit einem Durchflußkanal «ustandegebracht sind, der am nächsten der jeweiligen Spitze eingeschlossen angeordnet ist.

Besonders gute Vorteile erreicht man bei Anwendung der erfindungsgemäßen Merkmaie, wenn man die Diffusionsvorrichtung so ausgestaltet, daß die Membranen paarweise zwischen jedem Paar von nebereinanderliegenden Stützplatten angeordnet sind, wobei das erste Fließmittel, z. B. £lut, zwischen den Membranen eines solchen Paares durchgeleitet wird, während das zweite F'.ießmittel, z. B. Reinigungsflüssigkeit oder Sauerstoff, außerhalb der Membranen zwischen diesen und den danebenliegenden Stützplatten durchgeleitet werden.

Die Diffusionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist zwar in erster Linie für die Reinigung von Blut vorgesehen, d. h. sie wird als sogenannte künstliche Niere eingesetzt. In Fachkreisen versteht es sich jedoch, daß man diese Vorrichtung auch für viele andere Zwecke gebrauchen kann. Beispielsweise kann sie zur Sauerstoffanreicherung von Blut benutzt werden. Hierbei besteht das erste Fließmittel, d. h. die zu reinigende Flüssigkeit, aus Blut, während der zweite fließfähige Stoff dann aus Sauerstoff oder einer Sauerstoffmischung besteht. Mit Flüssigkeit, Strö- (,5 mungsmittel bzw. Flieli: littel sind also hier sowohl Gas als auch Flüssigkeit gemeint.

Wie oben schon erwähnt, wird zur anschaulicheren Darstellung die erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand einer Dialyse vorrichtung zur Reinigung von Blut erläutert Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben, die als Beispiel eine zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung gehörende Distanzplatte zeigen und erklären, wie man mit Hilfe derselben Kanäle für das jeweilige Fließmittel schaffen kann. Ferner ist eine vollständige Dialysevorrichtung schematisch dargestellt Es zeigt

Fig. 1 und Fig. 2 eine Stützplatte von oben bzw. unten gesehen,

F i g. 3 einen Schnitt längs Linie A-A in F i g. 2,
F i g. 4 einen Schnitt längs Linie B-B in F i g. 2,
F i g. 5 einen Schnitt längs Linie C-Cin F i g. 2,
Fig. 6 einen Schnitt längs Linie F- Fin Fig. 1,
Fig. 7 einen Schnitt läng? Linie D-D in Fig. 1,
F i g. 8 einen Schnitt längs Linie E-Em F i g. 1,
Fig. 9 in vergrößertem Maßstab <*r-n mit einem Kreis und ?? gekennzeichneten Bcrei^r* d^Rr Flä^h** de^r Stützplatte nach F i g. 1,

Fig. 10 einen Schnitt längs Linie K-K in Fig. 2 bei drei zusammengeklemmten Stützplatten mit paa, weise dazwischen angeordneten Membranen,

Fig. 11 in gleicher Weise einen Schnitt längs Linie Z.-L in F i g. 2 mit zwei zusammengeklemmten Stützplatten und zwei dazwischen angeordneten Membranen unter Bildung von Kanälen für das jeweilige Fließmittel, Fig. 12 und Fig. 13 eine komplette Dialysevorrichtung von oben bzw. von der Seite gesehen, wobei F i g. 13 teilweise im Schnitt dargestellt ist, und
F i g. 14 einen Schnitt längs Linie M-M. in V i g. 13.
Wie am besten aus einem Vergleich /wischen den Fig. 1 bis 9 einerseits und den Fig. 10 bis 14 andererseits hervorgeht, ist die Vorrichtung aus einem Kopfteil 1 und einem Bodenteil 2 mit dazwischen angeordneten Stützplatten 3 und zwischen der Stützplatten paarweise angeordneten Membranen 4,4 zusammengesetzt. In den Stützplatten sind eine Menge Au^:kehlungen angebracht. Wie am besten aus Fig. 10 und 11 ersichtlich, werden dank dieser Auskehlungen teils Kanäle 5 für das Blut zwischen den Me-nbranen 4,4, teils Kanäle 6 für die Spülflüssigkeit /.wischen den Membranen und den benachbarten Stü.zplatten gebildet Der gezeigten Vorrichtung wird über einen Einlauf %a und einen Durchflußkanal 8. der quer durch das Nierenpaket hindurchgeht. Blut zugeführt. Von diesem Durchflußkanal 8 aus wird das Blut mit Hilfe von Blutverteilern, die beispielsweise so konstruiert sind, wie in der deutschen Patentanmeldung P 23 19 950 beschrieben zwischen die Membranen geleitet.

Die Stützplatten 3 sind, wie in der deutschen Patentanmeldung P 24 08 457 genauer beschrieben. abwechselnd 180° ·η eigener I bene gedreht angeordnet. Die in F i g. 1 links dargestellte Fläche liegt hierbei stets an einer im wesentlichen gleichen Fläche an, z. B. der in Fig. 2 rechts gezeigten. In gleicher Weise liegen stets Flächen gemäß d.m linken Teil von F i g. 2 bzw. dem rechten Te'I von Fig. 1 aneinander an. Hierbei werden. wie aus Fig. 10 hervorgeht, zwischen den Auskehlungen 6 in den Platten Blutkanäle 5 gebildet. In gleicher Weise werden zwischen den Membranen 4 genau vor den Auskehlungen 7 Blutkanäle 5a gebildet, wie in Fig. ti genauer da. gestell; ist. Genauso ist es über der ganzen Fläche der Distanzplatte, d. h. Blutkanäle werden genau vor jedem versenkten Teil dieser Fläche gebildet. I licrbei ist es für die Erfindung kennzeichnend, daß tlie Hlutkaniile 5 zumindest innerhalb e nein

V-förmigen Bereich gebildet sind, der in sich den Durchflußkanal 8 einschließt, der sich, wie ersichtlich, so nahe wie möglich an der Spitze des V befindet.

Auskehlungen 7 sind so angeordnet, daß sie weitere V-förmige Auskehlungen 9 verbinden, wobei dieses zweite System von V-förmigen Auskehlungen einen zweiten Durchflußkanal 10 aufweist, der so nahe wie möglich an der Spitze liegt. Dieser Durchflußkanal 10 ist zur Zuleitung bzw. Ableitung der Reinigungsflüssigkeit vorgesehen. Diese Reinigungsflüssigkeit wird mit Hilfe von Kanälen und Öffnungen 11, 12, 13 und 14 zu dem Hereich zwischen den paarweise angeordneten Membranen und danebenliegenden Stüt/platten abgeleitet, wie aus l·" i g. J ersichtlich ist. fin gleichartiges Verteilcrsystem ist in der deutschen Patentanmeldung 1' 24 08 457 genauer beschrieben.

Die Durehflußkanälc 8 und 10 sind an der Bisektrix d'_*S ^VOV\ dcⁿ Aiisliphliiripcn fi ijphilflrtt·η V :intrrorHnrl. Längs der gleichen Bisektrix sind weitere Auskehlungen 15 angebracht. Diese Auskehlungen 15 dienen dazu, das Abrinnen des Blutes zu erleichtern, wenn die Vorrichtung zwecks Fintleerung hochkant gestellt wird. Zum gleichen Zwecke ist vor dem Durchflußkanal 10 eine Auskehlung 16 angeordnet. Diese Auskehlung ist in der dargestellten Ausführung kreisbogenförmig. Alternativ kann sie gewinkelt sein. Dadurch, daß die Auskehlung 16 außerdem ganz durchgehend ist, erleichtert sie auch die Verteilung der Reinigungsflüssigkeit.

Wie aus F i g. I hervorgeht, ist längs der Peripherie der Stützplatle eine Dichtung 17 angeordnet. Die Konstruktion dieser Dichtung geht auch aus Fig. 3 hervor. Hier liegt der eigentliche Dichtungswulst in einer Vertiefung 18. die etwas flacher ist. als der Wulst hoch ist. Hierdurch kann der Dichtungswulst 17 dicht /usainmcngcklemmt werden, wenn die Stützplat'.en und Membranen in Form eines Paketes so angeordnet sind, wie in Fi g. 12 bis 14 gezeigt ist. Im V-förmigen Bereich der Auskehlungen 6 und 15 bzw. 6 und 19 (auf der entgegengesetzten Seite der Sliit.'platte) ist der Dichiungswulst 17 von der Peripherie der Stützplatte eingezogen, um sich dicht an diesen V-förmigen Bereich anzuschließen. Auch dies ist so. um die Hluirestnicnge beim Entleeren der Konstruktion so weit wie möglich zu vermindern.

Das den Durchflußkanal 8 bildende Loch in den Stützplatten (siehe I"ig. 3) ist von ringförmigen Dichfungswulsten 20 und 21 umgeben, die dazu dienen, die anliegende Membran dichtend an den zwischen den Membranen liegenden Blutvcrteilcr anzudrücken. Diese Konstruktion wird in der deutschen Palentanmeldung

in P 23 IP 950 genauer beschrieben.

Von der Arbeitsfläche der Stützplatte ist ein kreisförmiger Teil mit 22 bezeichnet. Dieser Teil w ml in Fig. 9 in vergrößertem Maßstab gezeigt. Vergleicht man F i g. 4 mil F' i g. 7. die einen Schnitt längs Linie D-D

i^r> in Y ig. I darstellt, so gehl hervor, daß die Arbeitsfläche aus zickzackförmigcn Rippen 2λ mit dazwischen angeordneten Nuten 24 besteht. Aus ("ig. 7 geht ferner hprviir Halt Hip l'iulrn der Sliit/nl.itli· in) PToßcn und ganzen nur längs des 'Imfanges und mit Hilfe von

x> Rippen 25 mit der Arbeitsfläche selbst zusammenhangen. F i g. 7 zeigt außerdem, daß die Kante 2f> der Platte erhöht ist, wodurch eine Schalenform entsteht, die das Aufeinandcrstapeln von Platten und Membranen erleichtert.

!^r< Aus I i g. 5. die einen Schnitt längs Linie ("-("in F i g. 2 wiedergibt, geht hervor, daß auch das den Durchflußkanal 10 bildende Loch von einem ringförmigen Dichtungswulst 27 umgeben ist. Dieser Wulst dient dazu, die zwei nebeneinander liegenden Membranen an

") die in Fi g. 3 gezeigte, ringförmige Fläche 28 anzudrük kcn. In gleicher Weise ist in Fi ^. i ein ringförmiger Dichtungswulst 2S dargestellt, tier dazu dient, die zwei benachbarten Membranen an eine entsprechende ringförmige Dichtungsfläche 30 anzudrücken, die in F i g. 5 genauer gezeigt wird

l^ängs der Peripherie der Disianzplattc sind unsymmetrisch liegende Auskehlungen 31 gezeigt, die dazu dienen, das maschinelle Stapeln der Platten, die in ihrer eigenen F.bene wechselweise um 180° zueinander

··■ gedreht sind, zu erleichtern.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Voi richtung zur Diffusion von Stoffen zwischen zwei Fließmitteln durch semipermeable Membranen, die in einem Stapel, von Stützplatten getrennt, angeordnet sind, die an Ein- bzw. Ausläufe angeschlossene Durchflußkanäle für das jeweilige Fließmittel einschließen, von denen, ein erstes Fließmittel angeordnet ist, um auf einer Seite der jeweiligen Membrane geleitet zu werden, und ein zweites Fließmittel auf der entgegengesetzten Seite der gleichen Membrane, wobei auf einer Seite der Membrane Kanäle für das erwähnte erste Fließmittel gebildet werden, indem die Membrane in Auskehlungen einsinkt, die in einer der entgegengesetzten Seite der Membrane befindlichen Stützplatte angebracht sind, wobei die Auskehlungen zumindest innerhalb eines V-förmigen Bereiches angebracht sind, der in sich zumindest einen Durchflußkanal einschließt, der so nahe wie möglich an der Spitze des V liegt, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden einer jeden Stützplatte (3) Auskehlungen (15, 19) in der Fläche derselben zwischen den jeweiligen Durchflußkanäten (8 bzw. 10) längs der Bisektrix zum besseren Abrinnen des ersten Fließmittels beim Hochkantwenden der Vorrichtung zwecks Entleerung angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder V-förmige Bereich einen Durchflußkar^! (8) für das erste Fließmittel und einen Durchflußkanal (10) für das zweite Fließmittel einschließt, wobei diese Durchflußkanäle (8, 10) längs der Bisektrix αβε V, mit dem ersten Durchflußkanal (8) am nächsten i.ur Spitze, angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Stützplatten wenigstens auf ihrer einen Seite einen längs der Peripherie verlaufenden, ungebrochenen Dichtungsflansch aufweisen, der zum dichten Anschluß an zumindest einen Teil des erwähnten V-förmigen Bereiches gebracht worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsflansch (17) in einer Vertiefung (18) angeordnet ist, die flacher ist als die Höhe vom Flansch (17).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden jeder Stützplatte zwei Systeme von V-förmig angeordneten Auskehlungen (6, 15, 19 bzw. 7, 9) und davon gebildeten Kanälen mit verschiedenen Winkeln für die Spitze des V und mit einem Durchflußkanal (8 bzw. 10) zustandegebracht sind, der am nächsten zur jeweiligen Spitze eingeschlossen angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine bogen- oder winkelförmige Auskehlung (16) vor dem Durchflußkanai (10) für das zweite Fließmittel zur Erleichterung des Vorbeiströmens des ersten Fließmittels beim Hochkantwenden zum Entleeren angeordnet ist.