DE2803344B2 - Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen Fluiden unter Zwischenschaltung einer Membrane - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1.

Für die Durchführung von Dialysen, Ultrafiltrationen flüssiger oder gasförmiger Medien sind bereits eine Vielzahl von Filtrations- und Diffusionszellen der verschiedensten Bauarten bekannt Insbesondere finden solche Filtrations- und Diffusionszellen bei der »Künstlichen Niere« Anwendung. Es haben sich dabei die verschiedensten Typen von Diffusionszellen herausgebildet, z. B. in Form von Plattendialysatoren, Schlauchdialysatoren und sog. Faltdialysatoren.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung bildet beispielsweise ein Faltdialysator, wie er in der DE-OS 22 52 341 und DE-OS 26 08 758 beschrieben ist. Bei der ersten Ausführungsform wird eine Membran plissiert, so daß auf jeder Seite offene Taschen entstehen, in die einseitig zur Membranunterstützung Abschnitte eines Kunststoffnetzwerkes eingelegt werden und im zweiten Fall ist ein ebenfalls plissiertes Netzwerk in die eine Seite der Faltenöffnungen eingelegt. Das zusammengedrückte Faltenpaket bildet in Verbindung mit einem kastenförmigen Gehäuse zwei Strömungskammern, durch welche die Flüssigkeit, im vorliegenden Fall Blut und Dialysat, durch zwei getrennte Kammern hindurchströmen kann, so daß aufgrund von Konzentrationsgradienten oder Druckgradienten ein Massenaustausch zwischen Blut und Dialysat erfolgen kann.

Die vorgeschriebenen Faltdialysatoren eignen sich gut zur industriellen Fertigung, da sie aus Endlosmaterial, nämlich der Membran und dem Netzwerk durch Parallelfaltung entstehen und auf diese Weise sich relativ kleine Vorrichtungen, d. h. Diffusionszellen, herstellen lassen.

Derartige Module sollen im Idealfall ein möglichst geringes Blutvolumen aufweisen, eine gleichmäßige Verteilung des Blutflusses über die Dialysemembran ermöglichen, einen geringen Durchströmungswiderstand auf der Blutseite aufweisen, große Dialysierleistung, eine kompakte Bauweise und geringe Herstellkosten besitzen.

Die eingangs geschilderten bekannten Bauformen sind insofern verbesserungswürdig, als die Blutverteilung in die Faltentiefe hinein noch zu ungleichmäßig ist, die Herstellkosten noch zu hoch und die Membrananordnung und Gehäuseausbildung noch zu sehr auf spezifische Verwendungszwecke abgestellt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, mit einfachen Mitteln eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß neben einer vereinfachten Fertigung eine größere Membranfläche für die Fluide zur

lu Verfügung steht und die Führung der Fluide besser wechselnden Bedürfnissen angepaßt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst
Mit dieser Ausbildung ist es möglich, drei verschiedene Fluide, und zwar Gase oder Flüssigkeiten oder in Kombination mit ein und derselben Vorrichtung zu behandeln, wobei die Variationsmöglichkeiten durch die Verwendung verschiedener Membranen noch vergrößert werden können. Auf diese Weise ist es möglich, mit ein und demselben Gehäuse entsprechend den Bedürfnissen diesen Modul als Dialysator, Ultrafiltrationseinrichtung oder auch als Oxygenerator zu verwenden. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Anspi üchen unter Schutz gestellt

Der Erfindungsgedanke, der die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zuläßt, ist in der beiliegenden Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel in Form eines Diaiysators für eine »Künstliche Niere« in der Zeichnung näher erläutert Dabei zeigt

«ι F i g. 1 in perspektivischer Ansicht mit herausgebrochener Gehäusestirnseite den Dialysator,

F i g. 2 einen Horizontalschnitt durch den Dialysator gemäß F i g. 1 nach der Schnittlinie A-A,

F i g. 3 eine perspektivische Schnittdarstellung durch

J5 das Gehäuse und das Faltenpaket hinter der stirnseitigen Vei klebung,

Fig.4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch mehrere Schichten des Faltenpaketes und Darstellung der Verformung der Membran unter Einfluß der geförderten Fluide.

Gemäß Fig. 1 besteht der Dialysator aus einem kastenförmigen Gehäuse 4, das auf seiner Oberseite einen ersten Einlaß la und einen ersten Auslaß Xb für das Blut und auf der gegenüberliegenden Seite einen zweiten Einlaß 2a und einen zweiten Auslaß 2b für das Blut sowie stirnseitig einen Einlaß 3a und einen Auslaß 3b für das Dialysat aufweist. Wie aus Fig. 1, 2 und 3 ersichtlich ist, bilden die Ein- und Auslässe la, 2a, \b, 2b für das Blut im Gehäuse 4 nach unten gerichtete Verteilerkanäle 11. Im kastenförmigen Gehäuse 4 ist die eigentliche Trennvorrichtung, bestehend aus den beiden Membranen 5 und 7 und die davon eingeschlossene Membranstütze 6 in Form eines Faltenpaketes angeordnet Diese drei aufeinanderliegenden Lagen, nämlich Membran 5, Membranstütze 6 und Membran 7, werden nach Fixierung der Endlosbahnen an den Rändern gemeinsam plissiert und zu einem der Gehäusehöhe angepaßten Faltenpaket zusammengepreßt

Zur Bildung der drei Strömungskanäle I, II, III wird der Endbereich des Faltenpaketes mit einer Verklebung 8 oder Versiegelung versehen, die sich gemäß F i g. 2 dichtend allseitig an das Gehäuse 4 anlegt und damit den Verteilerraum 9 und 10 für das Dialysat gegenüber dem übrigen Gehäuse 4 abdichtet. Die beiden Längskanten

h5 der Endfalten 12 sind auf der ganzen Länge ebenfalls mit einer dichtenden Verklebung oder Versiegelung versehen, so daß das Faltenpaket an beiden Stirnseiten lediglich im Bereich der Mittsilage, also der porösen

Membranstütze 6, offen ist Als Membranstütze 6 gelangt vorzugsweise ein unverwobenes Netzwerk aus Kunststoff zur Anwendung, welches sich für diesen Zweck bereits bewährt hat Die beiden Membranen 5 und 7 bilden somit in Verbindung mit der Membranstütze 6 einen in Gehäuselängsrichtung verlaufenden und im Bereich der Verteilerkammern 9 und 10 offenen Schlauch und damit die Strömungskammer HL

Die anderen beiden Strömungskammeni I unü II werden dadurch gebildet, daß sich die Längskanten des Faltenpakeies im Bereich zwischen den Ein- und Auslässen la, 2a, \b, Ib dichtend an die Gehäuselängswände des Gehäuses 4 und die Ober- und Unterseite des Faltenpaketes dichtend an den Gehäuseboden und Gehäusedeckel anlegen. Die in die Einlasse la und 2a eingegebene Flüssigkeit gelangt über die Verteilerkanäle 11 in den Bereich der einzelnen, nach der jeweiligen zugeordneten Gehäuselängswand hin offenen Falten und wird gemäß F i g. 2 gezwungen, bis in die Faltentiefe einzudringen und in Richtung des jeweiligen Ausganges 1/?, 2ü zu fließen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt also das in den Einlaß la eingeführte Blut den Strömungsweg 1 und verläßt die Strömungskammer I durch den Auslaß 16, während in gleicher Weise das in den zweiten Einlaß 2a eingeführte Blut den Strömungsweg 2 nimmt und durch den Auslaß 2b die Strömungskammer Il verläßt. Vorzugsweise im Gegenstromverfahren durchfl eßt das Dialysat die Strömungskammer III durch den Einlaß 3a und durch die Verteilerkammer 10 auf dem Strömungsweg 3 das Gehäuse in Richtung der Verteilerkammtr 9 und verläßt diese durch den Auslaß 3b.

Aufgrund des Konzentrationsgefälles zwischen Blut und Dialysat diffundieren die dem Blut zu entziehenden harnpflichtigen Stoffe durch die Membran 5 und 7 hindurch in den vom Netzwerk 7 abgestützten Hohlraum und werden aus diesem abgeführt. Wird an den Auslaß 3b für das Dialysat eine Unterdruckpumpe angeschlossen, so erfolgt aufgrund des Druckgefälles eine Ultrafiltration von der Blutseite zur Dialysatseite.

In Fig.4 sind in einer größeren Darstellung ausschnittweise die drei Strömungskammern I, II und III dargestellt. Dabei ist gleichzeitig die Wirkungsweise erkennbar, die von dem unverwobenen Netzwerk 6 auf die beiden Membranen 5 und 7 ausgeübt wird. Unter dem Flüssigkeitsdruck des Blutes in den beiden Kammern I und Il werden die beiden Membranen 5 und 7 in die Vielzahl der Freiräume des Netzwerkes 6 gedrückt, so daß das Blut in einer Vielzahl von kleinen engen Spalten den Dialysator durchfließen kann und dabei ein Aastausch der harnpflichtigen Stoffe von den Kammern I und II in die Kammer ill erfolgen kana

Wie aus F i g. 2 erkennbar ist, ist es zweckmäßig, das Blut der Kammer I im Gleichstrom zum Blut in der Kammer II durch den Dialysator zu führen, es ist aber auch möglich, das Blut der Kammer I im Gegenstiom

lu zum Blut der Kammer II zu führen. Aufgrund der drei getrennten Strömungskammern ist es grundsätzlich möglich, je nach Bedarf, die Flüssigkeiten oder Gase im Gleichstrom und/oder Gegenstrom durch das Gehäuse 4 strömen zu lassen. Auf diese Weise können drei verschiedene Flüssigkeiten und/oder Gase durch die Strömungskammern I, Il und III geführt werden, um durch die Membranen 5 und 7 hindurch die gewünschte Massenübertragung durchzuführen.

Es ist also auch beispielsweise möglich, anstelle des Dialysats durch die Kammer 111 Sauerstoff hindurchzuführen, so daß das Blut in den Kammern I und II mit Sauerstoff angereicht wird und die Vorrichtung somit als Oxygenator arbeitet. In gleicher Weise ist es auch möglich, anstelle der Blutführung in der einen Kammer eine Salzlösung oder dergleichen zu führen, um ganz bestimmte Massenübertragungen zu erreichen.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Membranen 5 und 7 zum Zweck der Dialyse von gleicher Art, z. B. aus regeneriertem Zellulose-Dialyse Material, hergestellt. Je nach Art der Flüssigkeit und je nach Verwendungszweck und je nach Art der durchzuführenden Massenübertragung können auch andere handelsübliche Membranen gleicher Art oder in Kombination mit Membranen anderer Eigenschaften,

ti z. B. Membranen auf der Basis von Zellulosetriacetat und auf der Basis von Zellulosehydrat Verwendung finden.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführung gemäß F i g. 1 bis 5 ist darin zu sehen, daß mit Hilfe eines Standardgehäuses eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten auf dem Gebiet der Massenübertragung zwischen Fluiden unter Zwischenschaltung einer Membrane möglich geworden sind, wobei aufgrund des dreilagigen Faltmaterials bei kleinen Gehäuseabmes-

4¹) sungen relativ große Austauschflächen für die hindurchgeförderten Fluide vorhanden sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen Fluiden unter Zwischenschaltung einer aus zwei Membranen und einer dazwischenliegenden Membranstütze bestehenden Membraneinheit, welche zu einem Faltenpaket plissiert und in einem kastenförmigen umschließenden Gehäuse mit Ein- und Auslässen für die Fluide derart angeordnet ist, daß die Falten und die eingeschlossene Membranstütze drei parallele Strömungswege für Fluide bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung von zwei oder drei verschiedenen Fluiden jede Faltenseite des Faltenpaketes einen Ein- und Auslaß (la, Ib bzw. 2a, 2b) für ein Fluid aufweist und eine erste und eine zweite getrennte Strömungskammer (I, II) und die eingeschlossene Membranstütze (6) eine mit einem Ein- und Auslaß (3a, 3b) versehene dritte getrennte Strömungskammer (III) bildet

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Membrane als Dialyse-Membrane und die andere Membrane als Filtrations-Membrane ausgebildet ist