DE8020102U1

DE8020102U1 - DEVICE FOR ULTRAFILTRATION, IN PARTICULAR FOR TREATING BLOOD

Info

Publication number: DE8020102U1
Application number: DE19808020102
Authority: DE
Original assignee: Sartorius AG
Current assignee: Sartorius AG
Priority date: 1980-07-26
Filing date: 1980-07-26
Publication date: 1982-06-03

Description

Beschre ibungDescription '!['! [

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Ultrafiltration organischer Flüssigkeiten, insbesondere zur Behandlung von Blut zum Einsatz als künstliche Niere,The invention relates to a device for ultrafiltration organic liquids, especially for treating blood for use as an artificial kidney,

zur Durchführung von Plasmapherese, zur Konzentrierung _;,for performing plasmapheresis, for concentration _; ,

und Hochreinigung von Eiweißlösungen, Entsalzung biologischer ^and high purification of protein solutions, desalination of biological ^

Lösungen, Entfernung von Makromolekülen und Entfernung von |j^; Solutions, macromolecule removal and | j removal ^;

Kolloiden. Derartige Vorrichtungen nach dem Oberbegriff des ;'jColloids. Such devices according to the generic term of; 'j

Hauptanspruches sind bekannt (US-PS 3 579 441 und DE-OS |;The main claim are known (US-PS 3,579,441 and DE-OS |;

27 15 733). Die Stoffabtrennung der aus den zu behandelnden |27 15 733). The separation of the material from the |

Flüssigkeiten abzutrennenden Stoffe erfolgt mit Hilfe mikro- fLiquids to be separated are done with the help of micro- f

poröser Membranen, welche als flache Zuschnitte in einer |of porous membranes, which as flat blanks in a |

Vielzahl in einem kastenförmigen Gehäuse angeordnet und $Variety arranged in a box-shaped housing and $

zumeist von einem Stützgewebe aus monofilen Kunststoff-Fäden abgestützt sind. Die Hauptschwierigkeiten bestehen darin, die einzelnen Strömungspfade der zu behandelnden Flüssigkeit gegenüber den Strömungspfaden des Permeats gegeneinander abzudichten. In der Regel dienen solche FiI-tereinheiten als Einweg-Artikel, d.h. nach der einmaligen Verwendung werden diese aus Sterilitätsgründen vernichtet, da eine Reinigung und eine Sterilisation unter wirtschaftlichen und medizinischen Gesichtspunkten nicht vertretbar ist.mostly from a support fabric made of monofilament plastic threads are supported. The main difficulties are identifying the individual flow paths to be treated Liquid opposite the flow paths of the permeate to seal against each other. As a rule, such filter units are used as a single-use article, i.e. after a single use these are destroyed for reasons of sterility, as cleaning and sterilization are not justifiable from an economic and medical point of view is.

Ein weiterer Mangel der bekannten Filtervorrichtungen für den angegebenen Einsatzzweck ist darin zu sehen, daß durch eine punktförmige Anströmung des zu behandelnden Fluids am Beginn des Strömungspfades nicht sofort die gesamte Membranfläche überstreichbar ist und sich somit an einzelnen Stellen der Membranfläche strömungstechnische Totzonen ausbilden. Dies kann bei der Behandlung von Blut zu Hämolyseerscheinungen und zur Bildung von Blutgerinseln führen.Another shortcoming of the known filter devices for the specified purpose is to be seen in the fact that through a punctiform flow of the fluid to be treated at the beginning of the flow path does not immediately affect the entire membrane surface Can be painted over and flow-related dead zones are thus formed at individual points on the membrane surface. This can cause hemolytic symptoms in the treatment of blood and lead to the formation of blood clots.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Mitteln eine Filtervorrichtung für den angegebenen Zweck derart zu optimieren, daß neben einer kostengünstigen Fertigung eine effektivere Überströmung der Membranflachen erfolgt, daß Kurzschlußpfade und Totzonen vermieden werden und daß der Strömungswiderstand für die zu behandelnde Flüssigkeit möglichst niedrig gehalten und über die gesamte Membranflache gleichbleibend gehalten wird.The invention is therefore based on the object with simple Means to optimize a filter device for the stated purpose in such a way that in addition to an inexpensive one Production of a more effective overflow of the membrane surfaces takes place that short-circuit paths and dead zones are avoided and that the flow resistance for the to be treated Liquid is kept as low as possible and kept constant over the entire membrane area.

IQ Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Hauptanspruch angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben .IQ This object is achieved according to the invention by the main claim specified features solved. Advantageous developments of these features are given in the subclaims .

Der Erfindungsgedanke, der die verschiedensten Ausführungsmöglichkeiten zuläßt ist in mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert Dabei zeigt:The concept of the invention, which allows a wide variety of possible embodiments, is explained in more detail in several preferred exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings It shows:

Fig. 1 eine Draufsicht auf das kastenförmige GehäuseFig. 1 is a plan view of the box-shaped housing

mit dem eingelegten Stapel aus Filtrationselementen bei abgenommenem Gehäusedeckel, with the inserted stack of filtration elements with the housing cover removed,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung nach der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,FIG. 2 shows a longitudinal section through the device along the section line 2-2 in FIG. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Filterelement und durch die Anström- und Abstromkante,3 shows a cross section through a filter element and through the leading and trailing edges,

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Filterelement imFig. 4 is a plan view of the filter element in

Fertigungsstadium,Manufacturing stage,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung nach der Linie 8-8 in Fig. 1 und5 shows a cross section through the device along the line 8-8 in FIGS. 1 and

Fig, 6 einen Detailschnitt durch die Vorrichtung gemäß der Linie 9-9 in Fig. 1FIG. 6 shows a detailed section through the device according to the line 9-9 in FIG. 1

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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus dem kastenförmigen Kunststoffgehäuse 1, mit dem Gehäusevorsprung 1' und dem das Gehäuse 1 verschließenden Deckel 12, aus den Membranzuschnitten 2 bzw. 2¹ und der von zwei Membranzuschnitten eingeschlossenen Membranstütze 3. Eine Vielzahl der Filterelemente 2, 3 sind zu einem Stapel S in dem Gehäuse 1 untergebracht.The device consists essentially of the box-shaped plastic housing 1, with the housing projection 1 'and the cover 12 closing the housing 1, of the membrane blanks 2 or 2 ¹ and the membrane support 3 enclosed by two membrane blanks housed in a stack S in the housing 1.

Im einzelnen weist das Gehäuse 1 bodenseitig einen rohr-,förmigen Einlaß 4 auf, der an der Gehäusestirnseite in einer Verteilerkammer 13 für die zu behandelnde Flüssigkeit F1 übergeht und weist weiterhin auf der gegenüberliegenden Seite eine Verteilerkammer 14 auf, die in einen Auslaß übergeht. Eine der parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit F1 liegenden Gehäuseseiten weist einen Gehäusevorsprung 1' auf, welcher die Zungen 9 der Membranzuschnitte 2, 2' und die Zungen 10 der Membranstütze 3 aufnimmt und an den Stirnseiten der Zungen 9, 10 eine Sammelkammer 15 für das Permeat P aufweist. Die dem Gehäusevorsprung 1' gegenüberliegende Gehäusewand 16 bildet eine im wesentlichen glatte Gehäusewand, die lediglich mehrere nach der Innenseite weisende Distanzrippen 26 trägt, welche im Deckelberaich in Zapfen 21 übergehen. Entsprechend sind über die übrigen Gehäusewände weitere Distanzrippen 26 und Zapfen 21 vorgesehen. Der Boden des Gehäuses 1 und der Deckel 12 weisen quer und längsverlaufende Versteifungsrippen 27 auf, die nach außen vorstehen. Entsprechend den Abständen der Zapfen 21 sind im Deckel 12 durchgehende Zapfenbohrungen 20 vorgesehen, die den eingepaßten Deckel 12 durchsetzen und zur dauerhaften Verbindung des Gehäuses mit dem Deckel 12 thermoplastisch so verformt werden, daß sie die Funktion von Nieten 'übernehmen.In detail, the housing 1 has a tubular, shaped bottom side Inlet 4, which is on the housing face in a distribution chamber 13 for the liquid to be treated F1 passes over and continues to point to the opposite Side a distribution chamber 14, which into an outlet transforms. One of the parallel to the direction of flow of the Liquid F1 lying housing sides has a housing projection 1 ', which receives the tongues 9 of the membrane blanks 2, 2' and the tongues 10 of the membrane support 3 and a collection chamber 15 for the permeate P on the end faces of the tongues 9, 10. The protrusion of the housing 1 'opposite housing wall 16 forms a substantially smooth housing wall that only has several to the inside facing spacer ribs 26 which merge into pins 21 in the lid area. Are accordingly Further spacer ribs 26 and pins 21 are provided over the remaining housing walls. The bottom of the housing 1 and the Cover 12 have transversely and longitudinally extending stiffening ribs 27 that protrude outwards. Corresponding to the distances between the pins 21 are continuous in the cover 12 Pin bores 20 are provided which penetrate the fitted cover 12 and for the permanent connection of the housing are thermoplastically deformed with the cover 12 so that they take over the function of rivets'.

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Die im Gehäusedeckel 12 angeordneten hochstehenden Versteifungsrippen 27 verhindern eine Durchwölbung des Gehäusedeckels 12. Zusätzlich sind im Gehäuse Einspritzöffnungen 26 vorgesehen, durch die hindurch flüssiger Kunststoff 11 als Dichtungsmaterial in den dafür vorgesehenen Freiraum zwischen dem Stapel S der Filterelemente und der Gehäuseinnenwand eingespritzt werden kann.The upright stiffening ribs arranged in the housing cover 12 27 prevent the housing cover 12 from bulging. In addition, there are injection openings in the housing 26 provided, through which liquid plastic 11 as a sealing material in the designated Space between the stack S of the filter elements and the inner wall of the housing can be injected.

Gemäß Fig. 3 und 4 bestehen die im Gehäuse 1 untergebrachten Filterelemente jeweils aus zwei Membranzuschnitten 2, die einseitig eine Zunge 9 aufweisen und aus einem entsprechend geformten Zuschnitt für die Membranstütze 3.According to FIGS. 3 and 4, the filter elements housed in the housing 1 each consist of two membrane blanks 2, which have a tongue 9 on one side and consist of a correspondingly shaped blank for the membrane support 3.

Gemäß Fig. 4 erfolgt die Herstellung dieser Zuschnitte in Form eines Endlosschlauches, der an den Schnittlinien 25, 25' in die etwa T-förmigen Filterelemente aufgeteilt wird.According to FIG. 4, these blanks are produced in The shape of an endless tube, which at the cutting lines 25, 25 'is divided into the approximately T-shaped filter elements.

Die lediglich an der Anströmkante und an der Abströmkante gedichteten Filterelemente gemäß Fig. 3 werden in das Gehäuse gemäß Fig. 1 eingebracht, wobei die Fixierungsrippen 26 des Gehäuses 1 für eine Ausrichtung in Längsurid Querrichtung der Filterelemente sorgen.Those only at the leading edge and at the trailing edge Sealed filter elements according to FIG. 3 are introduced into the housing according to FIG. 1, the fixing ribs 26 of the housing 1 for alignment in longitudinal urid Take care of the transverse direction of the filter elements.

Zur Abdichtung der Strömungspfade für die zu behandelnde Flüssigkeit F1 gegenüber dem Permeatauslaß B weisen die Zungen 9 der Filterelemente auf der Oberseite eine Klebeschicht 8 auf, die in Form eines aufgetragenen Klebstoffes oder aber in Form einer doppelseitigen Klebefolie oder einer Schmelzkleberfolie die Dichtfunktion übernimmt. Die Stirnseite der Filterelemente im Bereich der übereinanderliegenden Zungen 9, 10 ist im Bereich der Sammelkammer 15 für das Permeat offen, so daß dieses gemäß Fig. in Richtung auf den Permeatauslaß 6 abgezogen werden kann. Ist die vorausberechnete Anzahl an Filterelementen in das Gehäuse gemäß Fig. 1, 2, 5 und 6 eingebracht, so erfolgt mit Hilfe eines Druckstempels ein Anpressen der Filterelemente in dem von den Fixierungsrippen 26 umschlossenenTo seal the flow paths for the liquid F1 to be treated with respect to the permeate outlet B, the Tongues 9 of the filter elements on the top an adhesive layer 8, which is in the form of an applied adhesive or in the form of a double-sided adhesive film or a hot-melt adhesive film, the sealing function takes over. The face of the filter elements in the area of the one above the other Tongues 9, 10 is open in the area of the collecting chamber 15 for the permeate, so that this according to FIG. can be withdrawn in the direction of the permeate outlet 6. Is the pre-calculated number of filter elements in the If the housing according to FIGS. 1, 2, 5 and 6 is introduced, the filter elements are pressed on with the aid of a pressure ram in that enclosed by the fixing ribs 26

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inneren Viereck und gleichzeitig auch mit einem kleineren Hilfsstempel ein Anpressen des Zungenbereiches im Gehäusevorsprung 1'. Durch den Klebstoffauftrag im Zungenbereich kann eine geringfügige Höhendifferenz der aufeinanderliegenden Zungen 9, 10 entstehen. Durch die getrennte Anpressung ist sichergestellt, daß der von der
zu behandelnden Flüssigkeit F1 zu überströmende Membranbereich über die ganze Fläche und in den einzelnen Lagen planparallel ausgerichtet ist. In dieser fixierten Lageinner square and at the same time also with a smaller auxiliary punch a pressing of the tongue area in the housing projection 1 '. The application of adhesive in the tongue area can result in a slight difference in height between the tongues 9, 10 lying on top of one another. The separate pressure ensures that the
to be treated liquid F1 to be flowed over membrane area is aligned plane-parallel over the entire surface and in the individual layers. In this fixed position

erfolgt das Ausspritzen der Freiräume zwischen Gehäusewand 16 und der gegenüberliegenden Gehäusewand bis in
den Bereich des Gehäusevorsprungs 1'. Nach Aushärten des Kunststoffes 11 erfolgt das Aufsetzen des Gehäusedeckels 12 in der bereits beschriebenen Weise. Zum Ausgleich der Höhendifferenzen zwischen der überströmten Membranfläche und der Zungenfläche sowie zum Abdichten eines Kurzschlußpfades in der Ebene der obersten Membran erfolgt anschliepend ebenfalls ein Ausspritzen des Deckelbereiches mit
Kunststoff,beispielsweise durch die im Deckel angeordneten Einspritzöffnungen 26.the free spaces between housing wall 16 and the opposite housing wall are injected up to in
the area of the housing projection 1 '. After the plastic 11 has hardened, the housing cover 12 is placed in the manner already described. To compensate for the height differences between the membrane surface overflowing and the tongue surface and to seal a short-circuit path in the plane of the uppermost membrane, the cover area is then also sprayed out
Plastic, for example through the injection openings 26 arranged in the cover.

Sinngemäß wird verfahren, wenn der Deckel 12 direkt als
Andruckplatte während der Montage benutzt wird. Hierbei
erfolgt direkt die Einspritzung des Kunststoffes 11 bzw. des- dafür geeigneten Dichtungsmaterials durch entsprechend verteilt angeordnete Einspritzöffnungen 26 seitlich bzw. im Deckel 12. Um die Höhendifferenz zwischen dem überströmten Bereich und dem von der zu behandelnden Flüssigkeit F1 nicht überströmten Zungenbereich auszugleichen,The procedure is analogous if the cover 12 is used directly as
Pressure plate is used during assembly. Here
The plastic 11 or the sealing material suitable for it is injected directly through injection openings 26 arranged in a correspondingly distributed manner on the side or in the cover 12.

ist auf der Unterseite des Gehäusedeckels im Bereich des Gehäusevorsprunges 1' eine die zusätzliche Höhe der Zungen ausgleichende Ausnehmung und/oder eine in der Ausnehmung angeordnete und von außen betätigbare Stempelplatte vorgesehen, die eine gesonderte Anpressung der Zungen 9, 10is the additional height of the tongues on the underside of the housing cover in the area of the housing projection 1 ' compensating recess and / or a stamp plate arranged in the recess and operable from the outside is provided, a separate pressing of the tongues 9, 10

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zuläßt. Auch der für die Stempelplatte vorgesehene Stempelzapfen kann anschließend durch Schweißung oder Verformung am Gehäusadeckel 12 festgelegt werden. Gleichermaßen kann der Hohlraum in diesem Bereich durch Dichtungsmittel ausgefüllt werden.allows. Also the one intended for the stamp plate The punch pin can then be welded or Deformation on the housing cover 12 can be set. The cavity in this area can also be sealed by sealing means fill out.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung kann die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Einlaß 4 eintreten, sich in der Verteilerkammer 13 über die gesamte Breite der Membranzuschnitte verteilen und diese ganzflächig in Richtung auf die Verteilerkammer 14 übsrströmen und durch den Auslaß austreten. Gleichermaßen kann das Permeat P aus der Abstützebene der Membranstütze 3 in den einzelnen Lagen in Richtung auf die Sammelkammer 15 und den Permeatauslaß 6 abgesaugt werden. Durch die besondere Ausbildung der Filterelemente ist einerseits eine rationelle Fertigung und eine rationelle Abdichtung der einzelnen Strömungspfade möglich. Dadurch, daß die Abdichtzone im Bereich des Permeatauslasses 6 außerhalb der überströmten Fläche für die Flüssigkait F1 angeordnet ist, können keine Totzonen entstehen, in denen die Flüssigkeit F1 in ihrem freien Fluß von der Verteilerkammer 13 zur Verteilerkammer 14 gehemmt ist. Die Möglichkeit der individuellen Anpressung des Gehäusedeckels 12 auf den Stapel S der Filterelemente von Vorrichtung zu Vorrichtung sichert eine genaue und gleichmäßige Einstellung der Spalte zwischen überströmten Membranzuschnitten. Als Dichtungsmaterial 11 für die Kunststoffdichtung können alle für den Einsatz im Medizinbereich toxikologisch unbedenklichen Kunstharze, Kunststoffe ader Kleber eingesetzt werden, wenn die Vorrichtung z.B. zur Behandlung von Blut dient. Die Wahl der handelsüblichen Kunststoffe, Kleber und Kunstharze zur Abdichtung richtet sich ganz allgemein nach dem Kriterium der Verträglichkeit mit dem zu behandelnden Fluid (Gas oder Flüssigkeit) und der Verbindbarkeit mit dem Membran-, Membranstütz- und Gehäusematerial.The inventive training can be treated Liquid enter through the inlet 4, in the distribution chamber 13 over the entire width of the membrane blanks distribute and these overflow over the entire area in the direction of the distribution chamber 14 and through the outlet step out. Likewise, the permeate P from the support level the membrane support 3 in the individual layers in the direction of the collecting chamber 15 and the permeate outlet 6 be sucked off. Due to the special design of the filter elements On the one hand, efficient production and efficient sealing of the individual flow paths are possible. In that the sealing zone in the area of the permeate outlet 6 is outside the area overflowing for the liquid cait F1 is arranged, no dead zones can arise in which the liquid F1 in its free flow from the Distribution chamber 13 is inhibited to the distribution chamber 14. the Possibility of individually pressing the housing cover 12 onto the stack S of the filter elements from the device The device ensures an exact and even setting of the gaps between the overflowed membrane blanks. as Sealing material 11 for the plastic seal can all toxicologically harmless for use in the medical sector Synthetic resins, plastics or adhesives are used if the device is used, for example, to treat Blood serves. The choice of commercially available plastics, adhesives and synthetic resins for sealing is very general according to the criterion of compatibility with the fluid to be treated (gas or liquid) and connectivity with the membrane, membrane support and housing material.

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Claims

Oct 21, 1981 Sartorius GmbH 'File SM 6011-GMi Weender Landstr. 94-10β kö-es Göttingen G 80 2Q 1Q2> 1 device for ultrafiltration, in particular for treating blood claims 5

1. Device for ultrafiltration, in particular to treat blood

in the

a) a stack of in a box-shaped housing

layered, essentially rectangular membrane blanks and membrane supports from one of the stack and the individual layers in plane-parallel overflow planes holding pressure plate is covered, the pressure plate with the box-shaped housing

forms permanently connectable housing cover,

b) two mutually facing membrane surfaces of the Blanks are overflowed by the liquid to be treated,

c) the membrane sides facing away from the overflow sides of two membrane blanks are jointly supported by a flexible membrane support, which forms flow channels from which the permeate can be discharged from the housing,

d) in the housing an inlet and outlet for the to be treated Liquid and an outlet for the permeate are arranged,

e) the flow paths for the liquid to be treated

are separated from those for the permeate by seals,

characterized,
1G

f) that the membrane blanks (2, 2 ') and the membrane supported (3) on each edge a protruding tongue lying outside the overflow area (9 and 10) have,

g) that these tongues (9 and 10) on the housing side the permeate outlet (6) are assigned and end in a correspondingly molded housing projection (1 '),

h) that the tongues (9 and 10) on their flanks (9 ", 10 ')

across the entire stack (S) against the housing (1) through one between the housing (1) and the Stack (S) introduced, curable plastic (11) are sealed,

i) that the tongues (9; 9,9 ') of the mutually congruent touching Membrane blanks are sealingly connected to one another in the tongue area,

j] that the tongue (10J of each membrane support (3) forehead

ends open on the side in the permeate outlet (6),

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k) the membrane blanks (2, 2 ') in the area outside of the tongues (9, 9'3) can be flowed over over the entire surface without dead zones from the inlet (4) to the outlet (5)

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the housing projection (V) for receiving the tongues [9, 10] and these (9, 10, 1 ') approximately in the middle of one Housing side are arranged.

3. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the flanks (9 ^P , 10 ') of the tongues (9, 10) in the direction of the inlet and outlet (4, 5) adjoining edges of the blanks ( 2, 3) and the side (16) of the blanks (2, 3) opposite the tongues (9, 10) are sealed by a hardenable plastic (11) introduced into a free space between the housing walls and the stacked blanks (2, 3) are _b

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