DE7622505U1 - Vorrichtung zur diffusion von substanzen zwischen zwei fliessmitteln - Google Patents

Description

Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Fließmittsln

Die Neuerung betrifft eine Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Fließmitteln durch semipermeable Membranen, die als dünnwandige Röhren gebaut sind, die dazu dienen, von dem einen der erwähnten Fließmittel durchströmt zu werden, während sie an der Außenseite von dem zweiten dieser Fließmittel umgeben sind, wobei zwei oder mehrere voneinander getrennte Kammern von eir.sm rohrförmigen Außenmantel gebildet werden. der durch in seiner Längsrichtung angeordnete Zwischenwände in diese Kammern aufgeteilt ist.

Aus der US-Patentschrift 3 728 256 ist eine ähnliche Vorrichtung wie oben erwähnt, beschrieben. Bei der danach bekannten Diffusionsvorrichtung strömt aber das eine Fließmittel, die Reinigungsflüssigkeit, vor. einem Einlaßstutzen zu einem Qusrverteiler, dann in Querströmung zu der zu reinigenden Flüssigkeit durch die einzelnen Kammern und über einen Quersammler schließlicn 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 Reinigungsflüssiokeit kommt folglich nicht mit allen Kapillarröhrchen in Berührung, so daß die Ausnutzung d=r Reinigungsflüssigkeit mangelhaft ist.

7\U5 Ullnar.r.s Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage, Bar.d 1, Seite 612, ist ferner eine Diffusionsvorrichtung (Cerini-

Dialysator) bekannt, bei dem beide Flüssigkeiten, sowohl die Reinigungsflüssigkeit, ζ. B. Wasser, als auch die zu reinigende Flüssigkeit, z. B. die Preßlauga, mehrere Male zickzackförmig um 180 in Strömungsrichtu-r.g 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 295 472 ist ferner sin 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 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 dar kurzen Länge eines Kapillarröhrchens an dieser entlang vorbeizustreichen, um mit der semipermeablen 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 Reinigungsflüssigkeit 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 dannver-

wi rd,
bessert / wenn man die Reinigungsflüssigkeit intensiver mit den

Membranen in Berührung bringt.

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

Reinigungsflüssigkeit auf kleinem Räume gearbeitet werden kann. Die Aufgabe wird nsuerungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Kammer von der in Strömungsrichtung nächstfolgenden durch einen Kanal

- 6 getrennt ist, der keine dünnwandigen Röhren aufweist.

Im Gegensatz zu dan bekannten Vorrichtungen wird neuerungsgemäß eine kompakte Bauweise= und dennoch eins bessere Ausnutzung der Reinigungsflüssigkeit erreicht. Unter Vermeidung eines Zickzackweges der zu reinigenden Flüssigkeit sowie unter Vermeidung einer kurzen Kontaktwirkung zwischen der, beiden Fließmitteln miteinander wird neuerungsgemäß auf den Gegenstrom zwischen den beiden Fließmitteln in einer bestimmten Weise, abgestellt. Die gesamte Dialvsierflüssigkeit soll jede mit Röhrchen besetzte Kammer im Gegenstrom zum Blut durchlaufen. Durch die Aufteilung der Gesamtvorrichtung in mehrere Kammern wird die Bildung von toten Zonen vermieden, in denen z. B. einige Hohlfasergruppen zusammengedrückt sein könnten.

Neuerungsgemäß wird das Blut an dem einen Ende der Vorrichtung eingeführt und am anderen Ende ohne viel Umlenkunger^

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, wobei der tatsächliche Weg geradlinig sein kann, wie weiter unten anhand einer bevorzugten Ausführungsform noch gezeigt ist, oder auch auf verschiedenste Weise gekrümmt oder geschlungen sein kann. Der Weg spielt also keine Rolle, wann er nur vom Auslaßende der einen Kammer zum Einlaßende der nächsten Kammer führt.

Durch die neuerungsgemäße Vorrichtung kann man die zu reinigende Flüssigkeit, ζ. 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 Reinigungsflüsigkeit ist neuerungsgemäß also eine Vorrichtung mit kleinstmöglichem Widerstand für das Blut geschaffen.

Die neuerungsgemäße 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 neuerungsgemäße 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, dis Sauerstoff.enthält, ausgetauscht wird. In diesem Falle bestehen die erwähnten FlLeßmittel also 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 Linis als sogenannte künstliche Niere gebraucht werden soll, wird sie nachstehend mit Hinweis

auf eine derartige Benutzung beschrieben. Dies geschieht unter Hinweis auf die anliegenden Zeichnungen, die als Beispiel eine bevorzugte Ausführungsart der neuerungsgemäßen Vorrichtung darstellen. Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsart der neuerur.gsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt,

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

Fig. 3 eins relativ Figur 2 winkelrechta Ansicht, ebenfalls teilweise im Schnitt, und

Fig. 4 einen Schnitt längs Linie IV-IV in Figur 2.

Die Vorrichtung gemäß Figuren 1-4 besteht aus einem Außenmantel 1, der, wie aus Figur 4 genauer ersichtlich, aus zwei Teilen 1a, bzw. 1b zusammengesetzt ist. Die beiden Hälften werden in dem gezeigten Beispiel vor. hakenförmiger. Verschlußorganen 2a und 2b zusammengehalten, können aber praktisch in beliebiger Weise zusammengehalten werden, beispielsweise durch Verleimung, Verschwsißung oder durch eir.e Art Schraube- oder Klemmorgane. Teil 1b enthält Zwischenwände 3b, die zwischen sich Kammern 4 bzw. Kanäle 5 bilden. Durch die Kammern 4 verlaufen dünnwandige Röhren 6, die von Endwand 7 (siehe Figur 1) laufen. Di= Kanäle 5 haben keine solchen dünnwandingen Röhren. Die zur Hälfte. 1b des Außenmantels 1 gehörenden Zwischenwände 3b sind durch Dichtungen 8a zur Hälfte 1a das Außenmantels

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abgedichtet. Diese Dichtungen 8a können in einem Stück mit Hälfte 1a hergestellt sein, oder aus separaten Dichtungen bestehen.

Wenn die neuerungsgemäße 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 Kammer 10 ein. An ihren anderen Enden münden die Röhren in entsprechender Weise in eine Auslaufkammer 12 if für das Blut. Von dieser Auslaufkammer wird das Blut in Pfeilrichtung B durch Auslauf 13 geleitet. Hierbei liegt Auslaufkammer 12

j! 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. Dia Salzlösung oder Reinigungsflüssigkeit wird dagegen an ihrem oberen Ende in Pfeilrichtung C durch den gemeinsamen Einlauf 15 zugeführt. Sie strömt dann in Pfeilrichtung D im Gegenstrom zum Blut, das in Pfeilrichtung E fließt. Dies geschieht durch eins 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 gemeinsaman Auslauf 16 und strömt in Pfeilrichtung F ab.

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 Enwänden 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 Schrauben- oder Klemmorgane. In Figur 3 sitzen sie jedoch durch hakenförmige Verschlußorgane 18 und 19 an Mantel 1 fest.

Es kann aber auch der Fluß in der als Beispiel gezeigten Konstruktion umgekehrt werden, so daß das Blut oder entsprechende Fließmittel von oben zugeführt wird, während die Reinigungsflüssigkeit oder das entsprechende Fließmittel von unten zugeführt wird, d.h. in entgegengesetzter Richtung zu den Pfeilen A-F. Farner ist zu beachten, daß die dünnwandigen Röhren 6 der Deutlichkeit halber übertrieben dick dargestellt sind. In Wirklichkeit mißt der äußere Durchmesser zweckmäßigst 0,3-0,5 mm, wobei gleichzeitig die Wanddicke extrem gering ist. Aber auch andere Dimensionen sind möglich,

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Diffusion von Substanzen zwischen zwei Fließmitteln durch semipermeable Membranen, die als
dünnwandige Röhren gebaut sind, die dazu dienen, von
dem einen der erwähnten Fließmittel durchströmt zu werden, während sie an der Außenseite von dem zweiten dieser Fließmittel 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.

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1_f dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Außenmantal (1) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt und planparallel zu zwei gegenüberliegenden Aussenwänden angeordnete Zwischenwände (3b) hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (5) von zwei nebeneinanderliegenden Zwischenwänden (3b) gebildet ist, von denen sich die eine von einem Ende des Außenitiantels (1) zu dessen anderem Ende erstreckend, ohne an dieses heranreichend ist, während die anders in gleicher Weise an diesem anderen Ende in Richtung zum erstgenannten Ende verlaufend, ohne dieses jedoch erreichend vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (1) an jedem Ende mit einer Endwand (7) abschließt, durch welche die dünnwandigen Röhren verlaufen und in eine gemeinsame Kammer (10 bzs. 12) für das durch die Röhren (6) strömende Fließmittel einmünden, wobei diese gemeinsame Kammer nach außen von einem dsckelähnlichen Endteil (11 bzw. 14) begrenzt ist, der einen gemeinsamen Einlauf (9) bzw. gemeinsamen Auslauf (13) für dieses Fiießmittel hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daßder Außenmantel (1) den gemeinsamen Einlauf (15) bzw. gemeinsamen Auslauf (16) für das Fließmittel, das die Röhren (6) umgibt, vor der jeweiligen Endwand (7) aufweist, durch welche die jeweiligen Fließmittel effektiv voneinander abgedichtet w<=rde.r..