DE2803344C3

DE2803344C3 - Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen Fluiden unter Zwischenschaltung einer Membrane

Info

Publication number: DE2803344C3
Application number: DE2803344A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 3429 Krebeck Lorenz
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1978-01-26
Filing date: 1978-01-26
Publication date: 1981-09-24
Also published as: US4219422A; FR2415478B1; GB2013105B; DE2803344A1; JPS54110184A; GB2013105A; DE2803344B2; FR2415478A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch I.

Für die Durchführung von Dialysen, Ultrafiltrationen flüssiger oder gasfc Tniger Medien sind bereits eine Vielzahl von Filtrations- und Diffnsionszellen der verschiedensten Bauarten bekannt. InsDesondere finden solche Filtrations- und Diflusionszeüen 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 Kunstsioffnetzwerkes 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 Kon/cntraiionsgiadienten oder Druckgradienten ein Massenaustausch zwischen Blut und Dialysal erfolgen kann.

Die vorgeschriebenen Faltdialysatoren eignen sich gut zur industriellen Fertigung, da sie aus Endlosmale rial, nämlich der Membran und dem Netzwerk durch Parallelfalliing entstehen und auf diese Weise sich relativ kleine Vorrichtungen, d. h. Diffusions/.cllen. herstellen lassen=

Derartige Module sollen im Idealfall ein möglichst geringes ßlulvöiürncn aufweisen, eine gleichmaßige Verteilung des Blutflusses über die Öialyscmembran ermöglichen, einen geringen Dtirchslrömungswider* stand auf der Blutscile aufweisen, große DialysicrlcU stung, eine kompakte Bauweise und geringe I lcrstellkosten besitzen.

Die eingangs geschilderten bekannten ljauformeil

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 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 "luide, 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, Ultrafiitraiionseinrichtung oder auch als Oxygenerator zu verwenden. Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind in den Ansprüchen unter Schutz gestellt

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

F i g. 1 in perspektivischer Ansicht mit herausgebrochener Gehäusestirnseite den Dialysalor,

Fig. 2 einen Horizontaischnitt durch den Dialysator gemäßFig. 1 nach der Schnittlinie A-A,

Fig.3 eine perspektivische Schnittdarstellung durch das Gehäuse und das Faltenpaket hinler der stirnseitigen Verklebung,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittdarstellung durch mehrere Schichten des Faltenpake'.cs und Darstellung der Verformung der Membran univr 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 Ib für das Blut und auf der gegenüberliegenden Seite einen zweiten Einlaß 2a und einen /weiten 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. Ib, 2b für das Blut im Gehäuse 4 nach unten gerichtete Verteilerkanäle 11. Im kastenförmigen Gehäuse4 ist die eigentliche Trennvorrichtung, bestehend aus den beiden Membranen 3 und 7 und die davon eingeschlossene Membranstüt/c 6 in Form eines Faltenpaketes angeordnet. Diese drei aufeinanderliegendcn Lagen, nämlich Membran 5. Membranstütze 6 und Membran 7. werden nach Fixierung der F.ndlosbahnen an den Rändern gemeinsam plissiert und /u einem der Gehäusehöhe angepaßten Faltenpaket zusammengepreßt.

Zur Bildung der drei Strömungskanäle I, Ii. Ill wird der En.dbemuh des Faltenpakeies mit einer Verklebung 8 oder Versiegelung Versehen, die sich gemäß Fig.2 dichtend allseitig an das Gehäuse 4 anlegt und damit den Vcrleilerraum 9 und 10 für das Dialysal gegenüber dem übrigen Gehäuse 4 abdichtet. Die beiden Längskaliten der Endfalten 12 sind auf der ganzen Länge ebenfalls mit einer dichtenden Verklebung oder Versiegelung verse^ hen, so daß das Faltenpaket an beiden Siirnseiien lediglich im Bereich der Millellage, 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 III.

Die anderen bdJen Strömungskammern I und II werden dadurch gebildet, daß sich die Längskanten des Faltenpaketes im Bereich zwischen den Ein- und Auslassen la, 2a, Ib, 2b 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 übet 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 iö,2ö zu fließen.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt a.^o das in den Einlaß la eingeführte Blut den Strömungsv/eg 1 und verläßt die Strömungskammer I durch den Auslaß Ib, während in gleicher Weise uas in den zweiten Einlaß 2a eingeführte Blut den Strömungsweg 2 nimmt und durch den Auslaß 26 die Strömungskammer II verläßt. Vorzugsweise im Gegenstromverfahren durchfließt das Dialysat die Strömungskammer III durch den Einlaß 3a und durch die Verteilerkammer 10 auf dem Strömungsweg 3 das Gehäuse in Richtung der Verteilerkammer 9 und verläßt diese durch den Auslaß Zb.

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 I₁II 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 II werden die beiden Membranen 5 und 7 in die Vielzahl der Freiräume des Netzwerkes 6 gedruckt, so daß das Blut in einer Vielzahl von kleinen engen Spalten den Dialysator durchfließen kann und dabei ein Austausch der harnpflichtigen Stoffe von den ί Kammern I und II in die Kammer III erfolgen kann.

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 Gegenstrom

in zum Blut der Kammer II zu führen. Aufgrund der diei 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

is verschiedene Flüssigkeiten und/oder Gase durch die Strömungskammern I, II und III geführt werden, um durch die Membranen 5 und 7 hindurch die gewünschte Massenübertragung durchzuführen.

Es ist also <iuch beispielsweise möglich, anstelle des

2u Dialysats durch die Kammer III Sauer, -ff hindurchzuführen, so daß das Blut in den Kammein ' 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 Alisführungsbeispiel sind die beiden Membranen 5 und 7 zum Zweck der Dialyse von gleicher Art, z. B. aus regeneriertem Zeliulose-Dialyse

in 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,

tt z. B. Membranen auf der Basis von Zellulosetriacetal 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 Variationsmöglichkeiter, auf dem Gebiet der Massenübertragung zwischen Fluiden unter Zwischenschaltung einer Membrane möglich geworden sind, wobei aufgrund des dreilagigen Faltmaterials bei kleinen Gehäuseabmes-"■ sungen relativ große Austauschflächen für die hindurchgeförderten Fluide vorhanden sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

oo rvo Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Massenübertragung zwischen Fluiden unier 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, Ιό 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(Ill) bildet

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

ο α λ