DE3635300A1 - Zentrifugal-separator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugal-Separator, der kontinuierlich einen aufzutrennenden Flüssigkeitsstrom aufnimmt und voneinander getrennte Ströme liefert.

Es sind Zentrifugen, bei denen kontinuierlich ein aus Blut bestehender Strom zugeführt und getrennte Ströme der Blutkomponenten abgegeben werden, bekannt, die eine Sammelkammer mit drei Auslässen aufweisen, nämlich einen zur Entfernung der schweren, roten Blutkörperchen an einer radial äußeren Position der Kammer, einen zur Entfernung des leichteren Blutplasmas an einer radial inneren Position der Kammer, sowie einen Auslaß zur Entfernung der weißen Blutkörperchen und der Blut­ plättchen, die von Interesse sind, an der Zwischen­ schicht (Grenzschicht) zwischen der Schicht, bestehend aus roten Blutkörperchen und der Plasmaschicht. Die Aus­ lässe sind mit den entsprechenden Pumpen über Röhren­ anschlüsse und eine rotierende abgedichtete Drehkupplung oder an eine äquivalente, dichtungslose, rotierende Röhrenanordnung verbunden.

In der US-PS 40 94 461, auf welche hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird, ist eine Sammelkammer offenbart, in der ein Damm hinter dem Auslaß für die weißen Blut­ körperchen angeordnet ist, welcher ein Weiterfließen der aus weißen Blutkörperchen bestehenden Zwischenschicht blockiert, ein Weiterfließen der roten Blutkörperchen sowie des Blutplasmas jedoch erlaubt. Der Auslaß für das Blutplasma ist hinter dem Damm im wesentlichen an der gleichen radialen Position wie der Auslaß für die Zwischenschicht zum Zweck der Aufrechterhaltung der Lage der Zwischenschicht angeordnet, um eine effiziente Ent­ fernung der weißen Blutkörperchen zu gewährleisten. In einer kommerziellen Ausführungsform des in diesem Patent beschriebenen Gerätes wird eine abgedichtete Vierkanal- Drehkupplung benutzt, um die Einlaßröhre und die drei Sammelröhren mit drei Pumpen zu verbinden.

Es wurde festgestellt, daß durch Kombination der Ströme zweier Sammelröhren eines kontinuierlich arbeitenden Zentrifugal-Separators in eine gemeinsame Sammelröhre es möglich wird, die Pumpen sehr wirkungsvoll zur Steuerung der Durchflußmengen in den Röhren zu verwenden. Dadurch kann die Möglichkeit geschaffen werden, zur Verein­ fachung der Steuerung weniger Pumpen für eine vorgege­ bene Anzahl von Röhren zu verwenden, oder es kann die Möglichkeit geschaffen werden, einen zusätzlichen Auslaß in der Sammelkammer vorzusehen, um eine verbesserte Steuerung der Entfernung von getrennten Fraktionen zu schaffen.

In bevorzugten Ausführungsformen gibt es vier Auslässe, nämlich einen Zwischenschichtauslaß, der an der radial mittleren Position vor einem Damm angeordnet ist, einen Auslaß für rote Blutkörperchen, der an einer radial äußeren Position angeordnet ist, einen Auslaß für Blut­ plasma, der an einer radial inneren Position angeordnet ist und einen separaten Zwischenschichtauslaß, der in mittlerer Position der Zwischenschicht hinter dem Damm angeordnet ist, wobei die Röhren, welche mit dem Zwischenschichtauslaß und dem Auslaß für die roten Blut­ körperchen verbunden sind, miteinander kombiniert sind. In einer solchen Anordnung kann der Trennkanal automa­ tisch angefüllt werden, da sämtliche Luft durch die Aus­ laßöffnung für das Blutplasma entfernt wird; die Blut­ zwischenschicht bildet sich schnell, da die vorher ein­ gefüllte Salzlösung über den Blutplasmaauslaß entfernt wird, und die Zwischenschicht ist zudem stabiler, da die Durchflußrate durch den Auslaß zur Einstellung der Zwischenschicht (im folgenden Zwischenschichtenstell­ auslaß genannt) im Vergleich zu der bei der Zentrifuge gemäß der US-PS 40 94 461 reduziert ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung, sowie aus den Ansprüchen ersichtlich.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 1 - 6 beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Zentrifugal-Separators gemäß der Erfindung.

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Sammelkammer, die mit einer Einlaßkammer und einem Trennkanal einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 verbunden ist (alle vier Aus­ lässe sind, um die entsprechenden radialen Positionen aufzuzeigen, aneinandergereiht schematisch dargestellt).

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Sammelkammer.

Fig. 4 ist ein vertikaler Schnitt entlang der Linie 4-4 der Sammelkammer von Fig. 3.

Fig. 5 ist ein vertikaler Schnitt entlang der Linie 5-5 der Sammelkammer von Fig. 3.

Fig. 6 ist ein Horizontalschnitt entlang der Linie 6-6 der Sammelkammer von Fig. 4.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Zentrifugal-Separator 10 mit einem ringförmigen (Einweg-) Zentrifugal-Trennkanal 12, einer Einlaßkammer 13, einer Sammelkammer 14, sowie Einlaß-und Sammelröhren 16, die mit Pumpen 18, 20, 22 und 24 über eine nicht gezeigte, dichtungslose Viel­ kanal-Drehverbindung herkömmlicher Art, wie sie bei­ spielsweise in der US-PS 41 46 172 offenbart ist, ver­ bunden sind. Die Pumpen sind stationär, d. h. sie machen die Rotation des Zentrifugenkanals und der Sammelkammer nicht mit. Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, beinhaltet die Röhrenanordnung 16 eine Röhre 26 zur Zufuhr von Vollblut, welche mit dem Einlaß 28 verbunden ist, eine mit dem Auslaß 32 zur Sammlung der weißen Blutkörperchen verbundene Weiße-Blutkörperchen-Sammelröhre 30, eine mit dem Blutplasmasammelauslaß 36 verbundene Blutplasma- Sammelröhre 34, eine mit dem Roten-Butkörperchen-Sammel­ auslaß 42 verbundene Rote-Blutkörperchen-Sammelröhre 38 und eine mit einem Zwischenschichteinstell-Auslaß 44 verbundene Zwischenschichteinstell-Sammelröhre 40. Die Röhre 38 ist 97 mm (3,82 Zoll) lang und hat einen Innen­ durchmesser von 2,39 mm (0,094 Zoll); die Röhre 40 ist 95 mm (3,74 Zoll) lang und besitzt einen Innendurch­ messer von 0,58 mm (0,023 Zoll), und die Röhren 38 und 40 sind an einem Verbindungsstück 46 zu einer Sammel­ röhre 48 vereinigt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Einlaßkammer 13 und die Sammelkammer 14 gegeneinander durch das Ineinander­ eingreifen eines Vorsprungs 54 der Einlaßkammer 13 mit einem Schlitz 56 der Sammelkammer 14 abgedichtet sind. Der Trennkanal 12 ist in ähnlicher Weise gegen die Einlaßkammer 13 durch Eingriff in einen Schlitz 58 der Einlaßkammer 13 und an dessen entgegengesetztem Ende gegen die Sammelkammer 14 durch Eingriff in einen Schlitz 60 der Sammelkammer 14 abgedichtet. In Fig. 2 ist der Plasma-Sammelauslaß 36 schematisch näher am Ende der Sammelkammer 14 dargestellt, als dies in Wirklich­ keit der Fall ist; seine geeignete Position ist, wie in den Fig. 1 und 3 dargestellt, dicht am Zwischenschicht­ einstell-Auslaß 44.

Der Aufbau des Sammelkammerabschnitts 50 ist in den Fig. 3-6 genauer dargestellt. Aus Fig. 4 ist der entlang des Sammelkammerabschnitts 50 verlaufende Damm 62 mit einem horizontalen Abschnitt 64, welcher stromaufwärts verläuft, und einem vertikalen Abschnitt 66 an dessen stromabseitigen Ende ersichtlich. Wie aus Fig. 3 zu er­ kennen ist, liegt der Auslaß 32 zur Sammlung der weißen Blutkörperchen vor dem vertikalen Teil 66. Unter dem horizontalen Abschnitt befindet sich ein Durchlaß 67, um ein Fließen der roten Blutkörperchen am Damm 62 vorbei zu ermöglichen, und am oberen Ende des vertikal Ab­ schnitts 66 befindet sich ein Durchlaß 68, um ein Fließen des Blutplasmas am Damm 62 vorbei zu ermög­ lichen. Wie aus Fig. 6 zu entnehmen ist, ist der verti­ kale Abschnitt 66 in einer horizontalen Schnittebene in einer Weise gekrümmt, daß sein am weitesten stromabwärts befindlicher Bereich knapp über den Sammelauslaß 32 für die weißen Blutkörperchen hinausreicht.

Der Auslaß 34 für das Blutplasma befindet sich an der in radialer Richtung innersten Position in der Sammelkammer 14 (Fig. 2, 4). Aus den Fig. 2 und 5 ist zu erkennen, daß der Sammelauslaß 42 für die roten Blutkörperchen sich an der in radialer Richtung äußersten Position in der Kammer 14 befindet. Der Sammelauslaß 32 für die weißen Blutkörperchen befindet sich etwa in der Mitte zwischen der Spitze und dem Boden des Damms 62. Der Auslaß 44 zur Lageeinstellung der Zwischenschicht be­ findet sich im Vergleich zum Sammelauslaß 32 der weißen Blutkörperchen in radialer Richtung geringfügig weiter außen.

Der beschriebene Durchfluß-Zentrifugal-Separator arbeitet folgendermaßen: Im Betrieb ist der Trennkanal 12 in einer nicht gezeigten rotierenden Schale, wie sie z. B. in der US-PS 40 94 461 dargestellt ist, angeord­ net, und das Volblut wird der Einlaßöfnung 28 der Ein­ laßkammer 13 über die Einlaßröhre 26 zugeführt. Das Vollblut durchläuft dann den Trennkanal 12 und wird Zentrifugalkräften ausgesetzt, wodurch eine Schichtung der Blutkomponenten eintritt. Die zur Sammelkammer 14 geförderten Komponenten sind also geschichtet, die Komponente mit den roten Blutkörperchen befindet sich in der in radialer Richtung äußersten Position, das Blut­ plasma in der in radialer Richtung innersten Position und die weißen Blutkörperchen sowie Blutplättchen in einer Zwischenschicht zwischen den beiden.

In der Sammelkammer 14 befindet sich die Zwischenschicht im Bereich des Sammelauslasses 32 für die weißen Blut­ körperchen und wird durch den Damm 62 zum Auslaß 32 ge­ leitet, wo die weißen Blutkörperchen und Blutplättchen entfernt und durch die Pumpe 18 abgepumpt werden. Die roten Blutkörperchen durchströmen einen Spalt oder Zwischenraum 67 und werden am Sammelauslaß 42 für die roten Blutkörperchen entfernt, und das Blutplasma durch­ strömt einen Zwischenraum oder Spalt 68 und wird am Sammelauslaß 34 des Blutplasmas entfernt. Die weißen Blutkörperchen und Blutplättchen werden durch den Damm 62 daran gehindert, sich zum Auslaß 44 hinzubewegen.

Hinter dem Damm 62 entfernt der Zwischenschichteinstell­ oder Zwischenschichtpositionierungs-Auslaß 44 die ge­ wünschte Menge an Blutplasma sowie roten Blutkörperchen, welche notwendig ist, um die Zwischenschicht an der Position des Auslasses 32 zu halten. Die roten Blut­ körperchen in der Sammelröhre 38 und die roten Blut­ körperchen sowie das Blutplasma in der Zwischenschicht­ einstell-Röhre 40 werden an einem Verbindungsstück 46 miteinander vereint und durch eine gemeinsame Sammel­ röhre 48 entfernt. Die Summe der Ströme durch den Zwischenschichteinstell-Auslaß 44 und durch den Sammel­ auslaß 42 der roten Blutkörperchen wird durch die Pumpe 24 gesteuert. Der Durchmesser der Sammelröhre 38 für die roten Blutkörperchen, durch die die dichten, viskosen roten Blutkörperchen fließen, ist, um einen relativ unbehinderten Durchfluß der roten Blutkörperchen durch die Röhre zu ermöglichen, größer als der Durchmesser der Zwischenschichteinstell-Röhre 40.

Falls die Zwischenschicht am Auslaß 44 sich in radialer Richtung nach innen bewegt, beginnt die Komponente mit den roten Blutkörperchen durch die Röhre 40 zu fließen, jedoch mit einer reduzierten Durchflußrate, da die aus roten Blutkörperchen bestehende Blutkomponente viskoser ist als die Blutplasmakomponente. Diese reduzierte Strömung bewirkt ein Ansteigen der Strömung der Blut­ plasmakomponente, wodurch die Zwischenschicht in radialer Richtung nach außen zurück in die richtige Lage gedrängt wird. In ähnlicher Weise fließt die weniger viskose Blutplasmakomponente durch den Auslaß 44, wenn sich die Zwischenschicht in radialer Richtung vom Auslaß 44 nach außen bewegt, wobei das Blutplasma diesen relativ schnell durchströmt, mit der Folge, daß die Zwischenschicht an die Position des Auslasses 44 zurück­ kehrt.

Dadurch, daß der Sammelauslaß 36 des Blutplasmas an der in radialer Richtung innersten Position und getrennt vom Zwischenschichteinstell-Auslaß vorgesehen ist, werden viele Vorteile erreicht. Beispielsweise kann der Kanal 12 automatisch und schneller gefüllt werden, da die gesamte Luft durch den Auslaß für das Blutplasma ent­ weicht. Weiterhin ist die Zwischenschicht sehr stabil, da das Strömungsvolumen durch den Zwischenschicht­ einstell-Auslaß 44 klein ist. Da der Auslaß des Blut­ plasmas vom Auslaß der zellenartigen Elemente entfernt ist, werden weniger Blutplättchen mit dem Blutplasma entfernt und im Plasmaaustausch verlorengehen.

Durch die Vereinigung der beiden Röhren 38, 40 am Ver­ bindungsteil 46, sowie durch die Verwendung der gemeinsamen Sammelröhre 48 wird die Anzahl der Röhren, welche durch den dichtungslosen Rotationsverbindungs­ mechanismus verlaufen müssen, auf vier gehalten, und auch die Anzahl der Pumpen ist nach wie vor nur vier. Dies ist von großem Vorteil, da hierdurch eine ver­ besserte Zwischenschichtsteuerung ohne Erhöhung der Pumpenanzahl, sowie der Anzahl der Kanäle in dem dich­ tungslosen Rotationsverbindungsmechanismus gewährleistet wird.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel läßt sich in der verschiedensten Weise abwandeln. So sind in Fig. 1 nur beispielsweise vier Pumpen für eine Anordnung mit einem Einlaß sowie drei Auslässen gezeigt. Statt dessen kann man aber auch eine Einlaßpumpe und zwei Auslaßpumpen oder lediglich drei Auslaßpumpen vorsehen; in jedem Fall würde die Strömung durch den pumpenlosen Einlaß bzw. Auslaß durch die Strömungsmengen bzw. Durchsätze der anderen drei festgelegt werden. Zusätzlich zu bzw. an­ stelle einer Verkleinerung des Durchmessers der Röhre 40 bezüglich des der Röhre 38 kann die Strömung in der Röhre 40 auch stärker eingeschränkt werden als in Röhre 38, indem man die Röhre 40 länger macht als die Röhre 38.

Claims (6)

1. Zentrifugal-Separator mit einem ringförmigen Zentri­ fugal-Trennkanal mit mindestens einem Einlaß zur Auf­ nahme einer zu trennenden Flüssigkeit und mindestens einem Auslaß zur Erzeugung von Flüssigkeitskomponenten in getrennten Schichten bei verschiedenen radialen Positionen, einer Einlaßröhre zur Förderung der zu trennenden Flüssigkeit zum Einlaß, einer Sammelkammer zur Aufnahme der getrennten Schichten, wobei die Sammelkammer mindestens einen ersten, einen zweiten und einen dritten Auslaß zur Entfernung der Flüssigkeitskomponenten an verschie­ denen Positionen innerhalb der Kammer aufweist, einer ersten, einer zweiten und einer dritten Sammel­ röhre, welche mit dem ersten, dem zweiten bzw. dem dritten Auslaß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Sammelröhre (38, 40) derart miteinander verbunden sind, daß der zusammengeführte Strom der beiden Röhren in eine gemeinsame Sammel­ röhre (48) fließt und daß zwei Pumpen vorgesehen sind, um die Durchflußraten in der Einlaßröhre (26), der gemeinsamen Sammelröhre (30) und der dritten Sammelröhre zu steuern, und die Pumpen außerhalb des Trennkanals (12) sowie der Sammelkammer (14) nicht mit diesen rotierend angeordnet sind, wobei eine einzige Pumpe (24) zur Entfernung der Flüssigkeit vom ersten und zweiten Auslaß (38, 40) benutzt werden kann.

2. Separator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Sammelröhre (38, 40) und mindestens ein Abschnitt der gemeinsamen Sammelröhre (48) mit dem Trennkanal (12) und der Trennkammer (14) rotieren und daß weiterhin Mehrkanaleinrichtungen zur Förderung der in der gemeinsamen Sammelröhre (48) und der dritten Sammelröhre (30) befindlichen Flüssigkeit zu den Pumpen vorgesehen sind, wobei durch Verbindung der Strömungsmengen des ersten Auslasses (42) und der Auslässe stromaufwärts der Mehrkanaleinrichtungen die Anzahl der Kanäle der Mehrkanaleinrichtung reduziert wird.

3. Separator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Auslaß (32) sich an in radialer Richtung mittlerer Position in der Sammelkammer (14) befindet und daß hinter dem dritten Sammelauslaß (32) ein Damm (62) vorgesehen ist, der ein Vorbeifließen an der radial mittleren Position in der Kammer (14) blockiert, an der in radialer Richtung inneren, sowie äußeren Position jedoch einen Durchfluß erlaubt.

4. Separator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Sammelröhre (34) vorgesehen ist, welche mit einem vierten Sammelauslaß (36), der an in radialer Richtung innerer Position angeordnet ist, verbunden ist, der erste Auslaß (42) an einer in radialer Richtung außenliegenden Position angeordnet ist und der zweite Auslaß (44) in radialer Richtung mittiger Position hinter dem Damm (62) angeordnet ist, wobei der erste Auslaß (42) einen Auslaß für rote Blutkörperchen, der zweite Auslaß (44) einen Auslaß zur Einstellung der Zwischenschicht, der dritte Auslaß (32) einen Auslaß zur Sammlung der weißen Blutkörperchen und der vierte Auslaß (36) einen Auslaß zur Sammlung des Blutplasmas bildet.

5. Separator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der zweiten Sammelröhre (40) kleiner ist als der der ersten Sammelröhre (38), um ein Fließen der dichteren, viskoseren Komponenten an den in radialer Richtung äußeren Positionen durch die Röhre einzuschränken.

6. Separator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Sammelröhre (40) in ihrer Gesamtlänge länger ist als die erste Sammelröhre (38).