EP4337373A1 - Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften - Google Patents

Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften

Info

Publication number
EP4337373A1
EP4337373A1 EP22729445.1A EP22729445A EP4337373A1 EP 4337373 A1 EP4337373 A1 EP 4337373A1 EP 22729445 A EP22729445 A EP 22729445A EP 4337373 A1 EP4337373 A1 EP 4337373A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hollow
cylindrical housing
fiber membrane
membrane filter
inflow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22729445.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Gastauer
Franz Kugelmann
Michael Paul
Andreas Ruffing
Tobias VEIT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Original Assignee
Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fresenius Medical Care Deutschland GmbH filed Critical Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Publication of EP4337373A1 publication Critical patent/EP4337373A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/08—Hollow fibre membranes
    • B01D69/084—Undulated fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/02—Hollow fibre modules
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M1/00—Suction or pumping devices for medical purposes; Devices for carrying-off, for treatment of, or for carrying-over, body-liquids; Drainage systems
    • A61M1/14—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis
    • A61M1/16—Dialysis systems; Artificial kidneys; Blood oxygenators ; Reciprocating systems for treatment of body fluids, e.g. single needle systems for hemofiltration or pheresis with membranes
    • A61M1/1621—Constructional aspects thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D35/00—Filtering devices having features not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00, or for applications not specifically covered by groups B01D24/00 - B01D33/00; Auxiliary devices for filtration; Filter housing constructions
    • B01D35/30—Filter housing constructions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/084—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/08—Flow guidance means within the module or the apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/10—Specific supply elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2313/00—Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/12—Specific discharge elements

Definitions

  • the present invention relates to a hollow-fiber membrane filter for purifying liquids, in particular for purifying blood.
  • Hollow fiber membrane filters are used in the purification of liquids.
  • hollow-fiber membrane filters are used in medical technology for the treatment and decontamination of water and in the therapy of patients with kidney damage in extracorporeal blood treatment as dialyzers or haemofilters.
  • the hollow-fiber membrane filters generally consist of a cylindrical housing and a plurality of hollow-fiber membranes arranged therein, which are cast at the ends in the housing with a casting compound in a casting zone and are connected to the housing in a sealing manner.
  • hollow-fiber membrane filters are designed in such a way that they are operated in the so-called dead-end process, in the "cross-flow” process or in the countercurrent process of two liquids, so that a material exchange can take place via the membrane wall of the hollow-fiber membranes and a desired purification of the liquid or one of the liquids takes place.
  • the hollow-fiber membrane filters are structurally designed in such a way that the lumina of the hollow-fiber membranes form a first flow space and a first liquid flows through them, and the spaces between the hollow-fiber membranes in the housing of the hollow-fiber membrane filter form a second flow space through which a second liquid can flow.
  • Inflow or outflow chambers are located at one or both end regions of the hollow-fiber membrane filter, which chambers have liquid accesses in order to introduce and discharge the first and the second liquid into the respective flow spaces of the hollow-fiber membrane filter.
  • hollow-fiber membrane filters There are a large number of hollow-fiber membrane filters on the market, which are designed differently, in particular with regard to the structural design of the end regions and their inflow or outflow chambers adjoining the ends.
  • 2 With the development of hollow-fiber membrane filters for extracorporeal blood treatment (dialyzers and hemofilters), there are ongoing attempts to change and improve the design of hollow-fiber membrane filters. Among other things, a focus is placed on the geometry of the inflow and outflow chambers of a hollow-fiber membrane filter, through which blood flows, allowing the chambers to flow through as gently as possible, so that turbulent flows or stagnant flows, which can damage the blood cells, are avoided.
  • the hollow-fiber membrane filters are constructed in such a way that the patient's blood is conducted through the first flow space, ie through the lumina of the hollow-fiber membranes.
  • hollow-fiber membrane filters for extracorporeal blood treatment there are a number of design proposals for commercially available hollow-fiber membrane filters for extracorporeal blood treatment that are intended to improve the inflow of the hollow-fiber membranes in the second flow space.
  • an aqueous, physiologically compatible liquid usually flows through the second flow space.
  • the removal of harmful metabolites from the patient's blood then takes place through the transmembrane mass transfer.
  • the inflow of the hollow-fiber membranes in the second flow space is decisive for an improved separation of the metabolites.
  • Kunikata et al. (Kunikta; ASAIO Journal, 55(3), p. 231-235 (2009) evaluate the performance data of various commercially available dialyzers with regard to their different designs in the inflow area of the dialysis liquid.
  • Various design models are shown in this publication, which ensure favorable flow behavior of the Dialysis fluid entering the dialyzer.
  • such solutions are shown according to which the dialysis fluid flowing in via the dialysate connection in the end region of a dialyzer should flow evenly around the hollow-fiber membranes arranged in the cylindrical housing, so that an even flow of the hollow-fiber membranes can occur.
  • the dialyzers shown in Kunikata Asahi Kasei Kuraray APS-15S and Nipro PES-150S are equipped with a partially circumferential baffle opposite to the dialysate connection - 3 -
  • the Asahi Kasei Kuraray APS-15SA dialyzer has a peripheral baffle plate over which the inflowing dialysis liquid flows.
  • the Tory CS-16U dialyzer has a peripheral baffle plate with slots through which the inflowing dialysis liquid flows.
  • the FPX140 dialyzer from Fresenius shows a design in which the hollow-fiber membranes in the end area of the dialyzer are surrounded by a crenellated structure. Based on the investigations, Kunikata et al come to the conclusion that the design of the shown dialyzers in the end area of the dialyzers can improve the inflow of dialysis liquid onto the hollow-fiber membranes, so that the performance data of the hollow-fiber membrane filters shown can be improved.
  • Kunikata The designs shown in Kunikata have a complex housing design, so that these designs are to be rated as disadvantageous in terms of a desired high productivity on a large scale.
  • the object was therefore to provide a hollow-fiber membrane filter which has an improved inflow of the hollow-fiber membranes and associated improved performance data.
  • Claims 2 to 12 relate to preferred embodiments. - 4 -
  • the invention relates to a hollow-fiber membrane filter having a cylindrical housing, which extends longitudinally along a central axis, with a housing interior, a first end region with a first end and a second end region with a second end, a multiplicity of hollow-fiber membranes which are arranged in the cylindrical housing and in the first end area and in the second end area of the cylindrical housing are each embedded in a sealing compound with the housing in a sealing zone in each case, the ends of the hollow-fiber membranes being open, so that the lumens of the hollow-fiber membranes form a first flow space and the housing interior surrounding the hollow-fiber membranes forms a second flow space, first inflow or outflow chamber, in each case on the front side at the first and second end of the cylindrical housing and the casting zone, which connects with the first flow space of the hollow-fiber membrane filter in are fluidly connected and each have first fluid accesses to supply or drain fluid into/from the first inflow or outflow chamber, second inflow or outflow chamber surrounding the first and the second end region of the
  • the hollow-fiber membrane filter of the aforementioned type has high performance parameters with regard to the purification of liquids. It is assumed that, according to the definition given above, at least in one end area of the hollow-fiber membrane filter, there can be an improved flow onto the hollow-fiber membranes by a liquid that flows through the one second connection into the second inflow or outflow chamber and through the through-openings in the end area of the cylindrical housing in the second flow chamber enters. In particular, an improved separation performance of the test solutes urea and vitamin B12 has been measured for the hollow-fiber membrane filter according to the invention. The clearance is determined according to the DIN/EN/ISO 8637:2014 standard.
  • the hollow-fiber membrane filter can be designed as a dialyzer.
  • dialyzer is used in the context of the present application to represent blood filter devices based on the structure of a hollow fiber membrane filter, e.g. a dialysis filter or a hemofilter.
  • the hollow fiber membrane filter according to the invention can also be used as a filter for water treatment.
  • the structure of The basic principle of hollow-fiber membranes is known in the prior art.
  • end region of the cylindrical housing is to be understood as meaning a section on the cylindrical housing which extends from the end of the housing towards the middle of the cylindrical housing.
  • end area indicates that it is an area on the cylindrical housing that only takes up a small area compared to the longitudinal extent of the cylindrical housing. In particular, each of these end regions occupies less than one fifth, or less than one eighth, or less than one tenth, or less than one fifteenth of the overall length of the cylindrical housing.
  • the casting zone is located in a part of the end region of the cylindrical housing.
  • the “potting zone” refers to the area in which the hollow-fiber membranes of the hollow-fiber membrane filter are embedded in a potting compound.
  • the hollow-fiber membranes are embedded in the casting compound in such a way that they are fixed to the end areas of the cylindrical housing.
  • Potting compound seals with the end portion of the cylindrical housing.
  • the casting zone takes up less than three quarters, or less than two thirds, or less than half of the width of the end area.
  • the potting compound is plate-shaped and is arranged in the cylindrical housing perpendicularly to the central axis of the cylindrical housing.
  • the term "central axis" is to be understood as meaning a longitudinal axis of the cylindrical housing, which runs centrally in the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter. In the context of the present application, the term “central axis” is used to describe the geometry of the hollow-fiber membrane filter.
  • first inflow and outflow chambers Adjacent to the end of the cylindrical housing are the first inflow and outflow chambers.
  • first inflow or outflow chamber is understood to mean a volume area in the hollow-fiber membrane filter into which liquid can enter, either before it enters the first flow space of the hollow-fiber membrane filter or after it has exited the first flow space of the hollow-fiber membrane filter .
  • the first inflow and outflow chambers connect to the cast zone and/or at the end of the end region of the cylindrical housing in a sealing manner via a wall of the end caps.
  • the first inflow or outflow chambers can be designed as end caps.
  • the end caps are located at the ends of the cylindrical housing and are connected to the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter via a wall of the end caps in a liquid-tight and form-fitting manner.
  • the first inflow or outflow chambers each have a first liquid access in order to direct liquid into or out of the first inflow or outflow chambers.
  • the first inflow or outflow chambers are therefore in fluid connection with the first flow space of the hollow-fiber membrane filter, which is formed by the lumina of the hollow-fiber membranes.
  • “lumina” or “lumen” is understood to be the cavity of the hollow-fiber membranes.
  • the hollow fiber membrane filter further has second inflow or outflow chambers surrounding the respective end portions of the cylindrical housing.
  • second inflow or outflow chambers is understood to mean a limited volume area in the hollow-fiber membrane filter into which liquid can enter, either before it enters the second - 7 -
  • the second inflow or outflow chambers are each formed by casings which enclose the end regions of the cylindrical housing.
  • a wall of the sheathing adjoins the cast zone and/or the end of the end region of the cylindrical housing in a sealing manner.
  • the shrouds may be part of and attached to the cylindrical housing, with the shroud then sealingly enclosing the second inflow or outflow chambers.
  • the casing can also be formed by separate sleeves or as part of end caps, which also enclose the first inflow or outflow chambers.
  • the end caps are then designed in such a way that they are seated in a form-fitting manner on the ends of the cylindrical housing, close off the housing in a liquid-tight manner and at the same time also form the casing of the second inflow or outflow chambers.
  • the second inflow or outflow chambers each have a second liquid access in order to direct liquid into or out of the second inflow or outflow chambers.
  • the second inflow or outflow chambers are in fluid connection with the second flow space of the hollow-fiber membrane filter, which is formed by the housing interior of the hollow-fiber membrane filter surrounding the hollow-fiber membranes.
  • first and second inflow or outflow chambers are sealed at the casting zone and/or at the end of the end region of the cylindrical housing.
  • the first and second inflow or outflow chambers are therefore separated from one another at this point in a liquid-tight manner.
  • O-rings, welding zones or bonding zones, for example, can be used as sealing means, which are arranged between the ends of the end area of the cylindrical housing or the casting compound and the wall of the first and second inflow or outflow chambers.
  • a liquid connection between the second inflow or outflow chambers and the second flow space is formed via the passage openings in the end region of the cylindrical housing. Liquid can thus enter the second flow space or be discharged from the second flow space.
  • the number of passage openings in an end region of the cylindrical housing can be at least 5, or 10, or 15, or 20, or 30, or 40, or 60. The number of 8th
  • passage openings is at most 350, or 300, or 250, or 200, or 180, or 150.
  • the number of passage openings in an end region of the cylindrical housing is preferably between 10 and 350, or between 10 and 40, or between 15 and 300, or between 20 and 250, or between 30 and 200, or between 40 and 180, or between 60 and 180.
  • the geometric ratio of the sum of the flow cross sections of the passage openings to the flow cross section of the at least one second inflow or outflow chamber is between 0.5: 1 to 7: 1, or 0.75: 1 to 5: 1 or 1: 1 to 3 :1.
  • the “sum of the flow cross sections of the passage openings” is understood to mean the sum of the areas of all individual passage openings in an end region of the cylindrical housing.
  • flow cross-section of a second inflow or outflow chamber is understood to mean the cross-sectional area of the second inflow or outflow chamber, which is created by forming a cross-section through the hollow-fiber membrane filter and through the central axis of the cylindrical housing. The cross-section is thereby placed in such a way that the second liquid accesses on the second inflow and outflow chambers are not touched. If two cross-sectional areas of the second inflow or outflow chamber are shown in the cross-sectional view mentioned, e.g. with a rotationally symmetrical geometry of the second inflow or outflow chambers, for the determination of the Flow cross section used only one of these cross-sectional areas.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that on the at least one end region of the cylindrical housing in which the defined ratio of the sum of the flow cross sections of all through-openings to the flow cross section of the at least one second inflow or outflow chamber is present, the at least a second inflow or outflow chamber, starting from the second liquid access, forms a circumferential space that is rotationally symmetrical to the central axis of the cylindrical housing, in particular an annular gap. Due to the rotationally symmetrical geometry of the second inflow or outflow chambers, the components for the hollow-fiber membrane filter can be produced in a process-optimized manner, in particular by injection molding techniques.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the two second inflow or outflow chambers form the rotationally symmetrical circumferential space defined in the claim, in particular the annular gap, and in that the ratio of the sum of the Flow cross sections of all through-openings to the flow cross section of the at least one second inflow or outflow chamber are in the defined range of between 0.5: 1 to 7: 1, or 0.75: 1 to 5: 1 or 1: 1 to 3:1.
  • the hollow fiber membrane filter is symmetrically constructed at the end portions of the cylindrical casing.
  • the symmetrical structure simplifies the production of the hollow-fiber membrane filter in particular, since the number of different components is lower and no preferred alignments of the components have to be maintained in the manufacturing process.
  • the hollow fiber membrane filters in filtration applications.
  • it is advantageous if the hollow-fiber membrane filter has a symmetrical structure, so that no preferred alignment has to be maintained in the application.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the at least one end area and optionally the second end area is divided into a proximal end area, a distal end area and a transition area arranged between the proximal and distal end areas, with one end of the distal end portion is the end of the cylindrical housing, and the distal end portion has an inner diameter at least 2% larger than that 10
  • the proximal end area is arranged proximally to the center of gravity of the cylindrical housing.
  • the distal end area is correspondingly arranged distally to this center of gravity of the cylindrical housing and is thus located at the ends of the cylindrical housing.
  • the packing density of the hollow-fiber membranes arranged in the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter is advantageously reduced in the distal end region due to the larger inner diameter of the cylindrical housing in this part of the end region. This offers the advantage that fewer defects occur when casting the hollow-fiber membrane in the cylindrical housing during manufacture of the hollow-fiber membrane filter. Furthermore, the hollow-fiber membranes in this distal end area can be flowed more easily by dialysis fluid due to the lower packing density.
  • the inner diameter of the cylindrical housing increases by more than 2%.
  • the inner diameter of the cylindrical housing in the transition area increases by more than 3%, or more than 4%, or more than 5% and at most 10%, or at most 8%, or at most 7%, or at most 6%, in particular by 2 to 10%, or 3 to 8%, or 4 to 7%.
  • the transition area is at least 1/10, or at least 1/12, or at least 1/14, or at least 1/15, or at least 1/17, or at least 1/18, or at least 1/20 and at most 1/40, or at most 1/35, or at most 1/30 or at most 1/25, in particular 1/10 to 1/40, or 1/12 to 1/35 or 1/14 to 1/ 30 or 1/15 to 1/25 of the total length of the cylindrical body.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the passage openings are arranged at the distal end area.
  • the dialysis liquid entering the second flow chamber can thus be conducted directly via the through-openings into the part of the hollow-fiber membranes that have a lower packing density.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the passage openings are circular, oval or slit-shaped.
  • the number and shape of the passage openings in the end area of the cylindrical housing can vary. This also depends on the manufacturing capabilities of the cylindrical housing, which is preferably made by injection molding. It is therefore advantageous to arrange a large number of passage openings in the end area of the cylindrical housing, which openings have a circular, oval or slit-like shape.
  • Hollow-fiber membrane filter characterized in that the through-openings are arranged on separate and/or opposite sections or evenly circumferentially in the end area of the cylindrical housing.
  • Hollow-fiber membrane filter characterized in that the sum of the flow cross-sections of all passage openings is 10 to 350 mm 2 , or 15 to 200 mm 2 , or 15 to 150 mm 2 , or 20 to 110 mm 2 .
  • the intended sum of the throughflow cross sections of all passage openings depends on the inner diameter of the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter and is therefore linked to the number of hollow-fiber membranes.
  • Hollow-fiber membrane filters with a larger membrane area and a higher number of hollow-fiber membranes require a correspondingly high
  • Inflow volume in the second flow space of the hollow fiber membrane filter in order to achieve sufficient filtration performance.
  • the sum of all flow cross sections of the through-openings is in the range of approximately 90 to 150 mm 2 .
  • the inner diameter of the cylindrical housing can be between 28 and 35 mm. In other embodiments, the inner diameter of the housing can be between 20 and 45 mm, in particular between 28 and 45 mm 12 be in particular between 30 and 40 mm. Adjusting the sum of all flow cross sections of the passage openings to the inner diameter of the cylindrical housing serves to regulate a defined inflow of liquid into the second flow space and thus to achieve improved flow against the hollow-fiber membranes in the second flow space.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the flow cross section of the one or both second inflow or outflow chambers is 20 to 50 mm 2 , 20 to 40 mm 2 or 25 mm 2 .
  • the flow cross section of the inflow or outflow chambers can be adapted to the inside diameter of the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter and thus also assume different values depending on the number of hollow-fiber membrane filters. In one example, with an arrangement of approximately 10,000 hollow-fiber membranes in the second flow space of the hollow-fiber membrane filter, the flow cross section of the inflow or outflow chambers is 20 to 30 mm 2 .
  • the adaptation of the flow cross section of the inflow or outflow chambers to the inner diameter of the cylindrical housing causes an efficient distribution of the liquid flowing into the second inflow or outflow chamber, so that when the liquid enters the second flow space, a uniform flow onto the hollow-fiber membranes can be achieved.
  • the inner diameter of a hollow fiber membrane filter according to the invention can be 20 to 45 mm.
  • 5000 to 15000 hollow-fiber membranes can be arranged in the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter, so that the hollow-fiber membrane filter has a membrane surface area of 0.6 to 2.5 m 2 .
  • the "membrane surface area" of the hollow fiber membrane filter is calculated from the product of the inner surface area of the hollow fiber membranes and the number of hollow fiber membranes arranged in the cylindrical housing of the hollow fiber membrane filter.
  • the inner surface of the hollow-fiber membranes is calculated from the product of the inner diameter of a hollow-fiber membrane, the circular constant p and the effective effective length.
  • the effective effective length of the hollow fiber membrane filter in the cylindrical housing is 200 to 350 mm.
  • the effective “effective length” of the hollow fiber membrane filter or membranes is given in the context - 13 - of the present application, the distance between the casting compounds is understood, in which an effective material exchange can take place via the hollow-fiber membranes.
  • the packing density of the hollow-fiber membranes in the hollow-fiber membrane filter is 55 to 65%, in particular between 60 and 65%. In the context of the present application, the packing density is understood to mean the proportion in the housing interior of the cylindrical housing that is occupied by the hollow-fiber membranes.
  • the packing density is the percentage ratio of the sum of the cross-sectional areas of the hollow-fiber membranes to the cross-sectional area of the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter, with the cross-sectional area of the cylindrical housing only being understood as the cross-sectional area specified by the inside diameter.
  • Hollow-fiber membranes made of polysulfone and polyvinylpyrrolidone are preferably used to construct a hollow-fiber membrane filter according to the invention.
  • the hollow-fiber membranes can in particular have a wavy shape. Such wavy hollow-fiber membranes are described, for example, in WO 01/60477 A2.
  • the amplitude of the waveform can be from 0.03 to 0.8 mm.
  • the wavelength of the waveform can be 3 to 30 mm, in particular 5 to 12 mm.
  • the diameter of the hollow-fiber membranes can be 205 to 330 ⁇ m, in particular 170 to 200 ⁇ m, with the diameter of the lumen of the hollow-fiber membranes being 165 to 230 ⁇ m, in particular 175 to 200 ⁇ m.
  • the casting compounds with which the hollow-fiber membranes are embedded and sealed at the respective end regions of the cylindrical housing are preferably made of polyurethane.
  • the cylindrical body and end caps are preferably made of a polypropylene material.
  • the hollow-fiber membrane filter is constructed in such a way that it has an aspect ratio of 8 to 12, in particular 9 to 11, more particularly 9 to 10.
  • the aspect ratio is understood as the quotient of the effective effective length and the inside diameter of the cylindrical housing of the hollow-fiber membrane filter.
  • Hollow-fiber membranes in the second flow area via the ratio of the sum of the flow cross-sections of all through-openings to the flow cross-section of the at least one second inflow or outflow chamber is thus further improved by reducing the inner diameter of the cylindrical housing while the packing density and membrane area remain the same.
  • the hollow-fiber membrane filter is designed according to the invention in such a way that, with the same membrane area and packing density, it has a smaller number of hollow-fiber membranes but a higher effective effective length. This is particularly advantageous for hollow fiber membrane filters that have a large membrane area.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the first and the second inflow or outflow chamber at the first end area of the cylindrical housing and the first and the second inflow or outflow chamber at the second end area of the cylindrical housing are each a first and a second end cap are enclosed.
  • the end caps are designed in one piece.
  • the end caps are designed in such a way that one wall of the end cap encloses the respective first inflow or outflow chamber and a further wall in each case forms a casing which encloses the respective second inflow or outflow chamber.
  • the end caps are geometrically shaped in such a way that they are positively seated on the end regions of the cylindrical housing and are liquid-tight due to seals.
  • the end caps are advantageously made by injection molding.
  • the production of a hollow-fiber membrane filter using the end caps defined here contributes to a process-optimized production of the hollow-fiber membrane filter.
  • First and second fluid ports are located on the end caps.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the first end cap is positively connected to an annular, outer-circumferential projection on the first end region of the cylindrical housing, in particular in a liquid-tight manner.
  • the second end cap is also connected to an annular, outer-circumferential projection on the second end region of the cylindrical housing in a form-fitting manner, in particular in a liquid-tight manner. End caps and cylindrical housing are thus along the - 15 - liquid-tightly connected external peripheral projection. Sealing can be done by welding or gluing.
  • the hollow-fiber membrane filter is characterized in that the first end cap is connected to the first end of the cylindrical housing along an inner peripheral circular line in a form-fitting manner, in particular in a liquid-tight manner.
  • the second end cap also adjoins the second end of the cylindrical housing along an inner circumferential circular line in a form-fitting manner, in particular in a liquid-tight manner.
  • the inner peripheral circular line may be formed as a circular ridge or protrusion on the inside of the end caps.
  • the inside of the wall of the end caps can be connected directly to the end of the cylindrical housing. The connection of the circular line of end caps to the ends of the cylindrical housing creates a fluid seal between the first inflow and outflow chambers and the second inflow and outflow chambers, respectively, via welding, bonding or O-rings.
  • Hollow fiber membrane filter characterized in that the capacity of one or both of the second inflow or outflow chambers is between 1.5 and 5 cm 3 .
  • a limited volume area of the second inflow and/or outflow chambers can in particular ensure that, depending on the inside diameter of the cylindrical housing, the liquid entering the second inflow and/or outflow chambers can be evenly distributed. This also prevents flows from stagnating in areas of the at least one second inflow or outflow chamber and inhomogeneous flow onto the hollow-fiber membranes in the second flow area.
  • Hollow fiber membrane filter characterized in that the cylindrical housing and the end caps are made of a thermoplastic material, in particular polypropylene.
  • the cylindrical housing and the end caps can thus advantageously be produced in a process-optimized injection molding process.
  • results from - 16 - the selection of materials also has the advantage that the cylindrical housing and the end caps can be connected to one another in a form-fitting and sealing manner in a welding process.
  • FIG. 1a shows a cross section of a hollow fiber membrane filter according to the invention through the center axis A of the cylindrical housing.
  • FIG. 1b shows another cross-section of a hollow-fiber membrane filter according to the invention, which runs both through the central axis A of the cylindrical housing and the central axis B of the second liquid access.
  • Figure 2a shows a side view of a cylindrical housing of a hollow fiber membrane filter according to the invention, showing the end area of the cylindrical housing.
  • FIG. 2b shows a side view of a further embodiment of a cylindrical housing of a hollow fiber membrane filter according to the invention, the end region of the cylindrical housing being shown.
  • the representation according to FIG. 2b is provided with dimensions.
  • the values specified for the dimensions refer to the unit millimeters (mm).
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cross section of a commercially available FX60 hollow fiber membrane filter from Fresenius Medical Care Germany GmbH, which runs both through the central axis A of the cylindrical housing and the central axis B of the second liquid access.
  • Fig. 4 shows a side view of a cylindrical housing of a commercially available FX60 hollow fiber membrane filter from Fresenius Medical Care.
  • Fig. 1a shows a schematic representation of a cross section of a hollow fiber membrane filter 100 according to the invention along the central axis A of the - 17 - cylindrical housing 101. Only part of the hollow fiber membrane filter is shown in FIG. Part of the end area 103 is occupied by a potting zone 106, in which a potting compound 105 is arranged on the front side of the longitudinal alignment, i.e. perpendicular to the central axis A of the cylindrical housing, which encapsulates the hollow-fiber membranes (not shown in Fig. 1a) in the housing interior 102 in the first end area 103 and in the second end area of the cylindrical housing 101 (not shown) embedded in a sealing compound 105 with the housing 101 in each case.
  • a potting compound 105 is arranged on the front side of the longitudinal alignment, i.e. perpendicular to the central axis A of the cylindrical housing, which encapsulates the hollow-fiber membranes (not shown in Fig. 1a) in the housing interior 102 in
  • an end cap 111 with a wall 114, which encloses the first inflow or outflow chamber 107, and a casing area 115, which encloses the second inflow or outflow chamber 109.
  • the area of the flow cross section of the second inflow or outflow chamber 109 is characterized by hatching in FIG. 1a.
  • a fluid access port 108 is also shown.
  • the liquid access 108 shows the typical details of a blood connection of a dialyzer in the illustration.
  • the liquid access 108 forms a liquid access to the first inflow or outflow chamber 107.
  • the end cap 111 shown in FIG. 1 is designed in one piece, so that the wall 114 and the casing 115 are part of the end cap. According to the arrangement shown in FIG.
  • the first inflow or outflow chamber is sealed off at the end 104 of the cylindrical housing 101 by a peripheral seal 110 .
  • An inner circular periphery 110a of the end cap 111 which is only shown in cross-section in FIG. 1, serves for this purpose.
  • the inner circumference 110a of the end cap 111 sits on the end 104 of the cylindrical housing 101 in a form-fitting manner, so that the seal 110 between the end 104 of the cylindrical housing and the end cap 111 is formed.
  • Liquid that flows through the liquid access 108 into the first inflow or outflow chamber 107 flows exclusively via the open ends of the hollow-fiber membranes in the casting compound 105 (not shown in FIG.
  • FIG. 1b shows another cross section of a hollow-fiber membrane filter 100 according to the invention, which runs both through the central axis A of the cylindrical housing and the central axis B of the second liquid access.
  • the central axis B runs centrally in the second liquid access 116, which connects to the second inflow or outflow chamber 109.
  • the designations 100 to 111 and 114 and 115 in FIG. 1b designate the corresponding details from FIG. 1a.
  • the area of the flow cross section of the second inflow or outflow chamber 109 is hatched in FIG. 1b with parallel lines.
  • the passage openings 113 can be seen on opposite sides of the end region 103 of the cylindrical hollow-fiber membrane filter in this cross-sectional illustration. According to FIG.
  • a liquid connection takes place via the second liquid access 116 of the second inflow or outflow chamber 109 and the second flow space in the housing interior 102 of the hollow-fiber membrane filter 100 via the through-openings 113.
  • a large number of through-openings are opposite one another attached to the end portion 103 of the cylindrical hollow fiber membrane filter, only two of which are visible in the cross-sectional view of FIG. 1b.
  • FIG. 2a shows a schematic representation of part of a cylindrical housing 101 of a hollow-fiber membrane filter according to the invention in a side view.
  • the part with the first end 104 of the cylindrical housing 101 is shown.
  • FIG. 2a also shows the ring-shaped, outer-circumferential projection 112a on the cylindrical housing 101, which is intended to produce a seal 112 on a casing 115 of an end cap 111.
  • Reference 103 designates the end region of the cylindrical housing 101.
  • Reference 106 designates the casting zone in the end region, with a casting compound 105 not showing in FIG. 2a.
  • the central axis A indicates the longitudinal orientation of the cylindrical housing.
  • passage openings 113 which form the connection between the second inflow or outflow chamber 109 and the second flow space in the hollow-fiber membrane filter (neither of which are shown in FIG. 2a).
  • the passage openings are shown as circular, but they can also be designed in an oval, slot-shaped or U-shaped manner.
  • the flow cross sections of the passage openings 113 result from the sum of the flow cross sections of all individual ones - 19 -
  • Passage openings 113 The embodiment shown in FIG. 2a has 22 passage openings 113 in the end region 103 of the cylindrical housing 101, of which only half, ie 11, are visible in FIG. 2a. 11 further passage openings are located on the opposite side of the end area 103 of the cylindrical housing 101.
  • FIG. 2b shows a schematic representation of an embodiment of part of a cylindrical housing 101 of a hollow-fiber membrane filter according to the invention in a side view.
  • the part with the first end 104 of the cylindrical housing 101 is shown.
  • the annular, outer peripheral projection 112a on the cylindrical housing 101 which is intended to produce a seal 112 on a casing 115 of an end cap 111 (not shown in FIG. 2b).
  • FIG. 2b Also shown in FIG. 2b are: 103—the end area of the cylindrical housing 101, the central axis A, 113—circular passage openings.
  • the distance from the center of the passage openings 113 to the end 104 of the cylindrical housing 101 is 10 mm in the embodiment shown.
  • the diameter of the opening of the cylindrical body is 34 mm.
  • the end area 103 of the cylindrical housing is divided into a proximal end area 103a and a distal end area 103b.
  • the proximal end area 103a is arranged adjacent to the ring-shaped, outer-circumferential projection 112a and is therefore, in the sense of the embodiment shown in FIG. 2b, proximal to a center of gravity of the cylindrical housing.
  • the inner diameter of the distal end portion 103b of the cylindrical housing is larger than that of the proximal end portion 103a.
  • the proximal and distal end areas connect to one another by a transition area 103c.
  • the inner diameter of the cylindrical housing increases by more than 3%.
  • the diameter of the distal end region 103b at the end of the cylindrical housing is 34 mm, whereas the inner diameter of the distal end region 103b is 33.5 mm subsequent to the transition region 103c.
  • the inner diameter of the cylindrical housing 101 am 20 proximal end area is 31.9 mm in the embodiment shown in FIG. 2b.
  • the increase in the inner diameter from the proximal 103a to the distal 103b end area is therefore 1.6 mm in the embodiment shown.
  • the inner diameter of the cylindrical housing 101 is 31.4 mm in a central area. From the dimensions shown in FIG. 2b it can be seen that the inner diameter in the individual regions of the distal 103b and the proximal end region 103a tapers further towards the central region of the cylindrical housing.
  • the conical shape of the inner diameter of the individual areas of the cylindrical housing 101 illustrated in FIG. 2b results from the need to be able to demould the cylindrical housing as an injection-molded part from an injection-molding system. Such required geometries of injection molded parts are known in injection molding technology.
  • the inner diameter change at the transition area 103c is to be distinguished from these necessary conical changes in the inner diameter.
  • the transition area 103c occupies an area of less than 2 mm in the extension direction of the central axis A in the illustration shown in FIG. 2b, in which the inner diameter of the proximal end area increases from 31.9 mm to the inner diameter of the distal end area of 33.5 mm. Measured against the total length of the cylindrical housing, the transition area takes up approximately only 1/15.
  • the sum of the flow cross-sections of all passage openings can be 17 mm 2 , for example.
  • the flow cross section of the second inflow or outflow chamber can then be approximately 26 mm 2 .
  • the ratio of the sum of the flow cross sections of all passage openings to the flow cross section of the at least one second inflow or outflow chamber is 0.65: 1.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a cross section of a commercially available FX hollow fiber membrane filter from Fresenius Medical Care GmbH, which runs both through the central axis A of the cylindrical housing and the central axis B of the second liquid access.
  • Fig. 3 shows: - 21
  • peripheral seal designed as an O-ring
  • the hollow-fiber membrane filters shown in FIGS. 1a, 1b and FIG. 3 differ structurally in the construction of the second inflow and outflow chamber.
  • the passage openings that connect the second inflow or outflow chambers to the second flow area of the hollow-fiber membrane filter (not shown) cannot be seen in FIG. 3 .
  • FIGS. 3 and 4 shows a schematic representation of a side view of a cylindrical housing 401 of a commercial FX hollow-fiber membrane filter from Fresenius Medical Care GmbH, which carries a casting compound 405 in a casting zone 406 .
  • Figure 4 shows an annular outer peripheral projection 412a.
  • the through openings 413 are shown in the side view, which are arranged circumferentially on the end area 403 of the housing 401 .
  • the FX60 hollow-fiber membrane filter illustrated according to FIGS. 3 and 4 has a flow cross section of the second inflow or outflow chamber of 26 mm 2 .
  • the sum of the flow cross sections is all 22
  • Passage openings 392 mm 2 The ratio of the sum of the flow cross sections of all passage openings to the flow cross section of the at least one second inflow or outflow chamber is 15: 1.
  • the clearance is determined according to the standard DIN/EN/ISO 8637:2014, with a blood flow of 300 ml/min and a dialysate flow of 500 ml/min being set in the examples.
  • Aqueous solutions of 16.7 mmol/l urea (Merck) and 36.7 pmol/l vitamin B12 (BCD Chemie, Biesterfeld) on the blood side and distilled water on the dialysate side are used as test solutions.
  • the concentration of vitamin B12 is determined photometrically at 361 nm.
  • the Cobas Integra 400 plus device with the UREAL test (Roche Diagnostics, Germany) is used to determine urea.
  • Example 1 Hollow fiber membrane filter according to the invention
  • a hollow-fiber membrane filter with the structural details according to FIGS. 1a and 1b and the parameters shown in Table 1 was produced.
  • Corrugated polysulfone/polyvinylpyrrolidone hollow fiber membranes were used, which are installed in particular in the FX60 filter from Fresenius Medical Care.
  • the hollow fiber membrane filter was manufactured using methods known in the prior art.
  • the hollow-fiber membrane filter according to the invention was sterilized by a steam sterilization method known in the prior art, which is described in published application DE 10 2016 224 627 A1. Clearance and sieving coefficients were examined on both the sterile and non-sterile versions. The results are compiled in Table 2.
  • a FX60 hollow fiber membrane filter from Fresenius Medical Care was used as a comparative embodiment.
  • Hollow fiber membrane filters are shown schematically in FIGS. 3 and 4 .
  • the technical characteristics of the FX60 filter are shown in Table 1.
  • the FX60 hollow fiber membrane filter was sterilized using the same steam sterilization method used for the hollow fiber membrane filter of the present invention.
  • the clearance determined with the hollow-fiber membrane filter was examined on both the sterile and non-sterile versions. The results are compiled in Table 2.
  • hollow-fiber membranes were used which originate from the same production. These hollow-fiber membranes have the same dimensions in terms of diameter, wall thickness, pore structure and material composition. The number of hollow-fiber membranes in Example 1 and Comparative Example 1 was adjusted so that the respective hollow-fiber membrane filters each had the same membrane surface area of 1.4 m 2 . - 24 -

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Anesthesiology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Spinning Methods And Devices For Manufacturing Artificial Fibers (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hohlfasermembranfilter zur Aufreinigung von Flüssigkeiten mit verbesserten Trenneigenschaften, umfassend ein zylindrisches Gehäuse, erste Ein- oder Auströmkammern und zweite Ein- oder Ausströmkammern, die jeweils einen ersten und einen zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses umgeben, wobei das zylindrische Gehäuse in zumindest einem Endbereich so ausgestaltet ist, dass eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im Inneren des zylindrischen Gehäuses mit einer Flüssigkeit erfolgen kann.

Description

- 1 -
Hohlfasermembranfilter mit verbesserten Trenneigenschaften
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hohlfasermembranfilter zur Aufreinigung von Flüssigkeiten, insbesondere zur Blutreinigung.
HINTERGRUND
[0002] Hohlfasermembranfilter werden in der Aufreinigung von Flüssigkeiten verwendet. Insbesondere werden Hohlfasermembranfilter in der Medizintechnik zur Aufbereitung und Dekontamination von Wasser sowie in der Therapie von nierengeschädigten Patienten in der extrakorporalen Blutbehandlung als Dialysatoren oder Hämofilter verwendet. Die Hohlfasermembranfilter bestehen im Allgemeinen aus einem zylindrischen Gehäuse und einer darin angeordneten Vielzahl von Hohlfasermembranen, die endseitig in dem Gehäuse mit einer Vergussmasse in einer Vergusszone vergossen und mit dem Gehäuse abdichtend verbunden sind. Bekanntermaßen sind derartige Hohlfasermembranfilter so ausgestaltet, dass sie im sogenannten Dead-End Verfahren, im “Cross-flow“ Verfahren oder im Gegenstrom verfahren zweier Flüssigkeiten betrieben werden, so dass ein Stoffaustausch über die Membranwandung der Hohlfasermembranen erfolgen kann und eine erwünschte Aufreinigung der Flüssigkeit oder einer der Flüssigkeiten erfolgt. Dazu sind die Hohlfasermembranfilter konstruktiv so ausgestaltet, dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und von einer ersten Flüssigkeit durchströmt werden, und die Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen im Gehäuse des Hohlfasermembranfilters einen zweiten Strömungsraum bilden, der von einer zweiten Flüssigkeit durchströmt werden kann. An einem oder beiden Endbereichen der Hohlfasermembranfilter befinden sich Ein- oder Ausströmkammem, die Flüssigkeitszugänge aufweisen, um die erste und die zweite Flüssigkeit in die jeweiligen Strömungsräume der Hohlfasermembranfilter ein- und auszuleiten.
[0003] Auf dem Markt gibt es eine Vielzahl von Hohlfasermembranfiltern, die insbesondre hinsichtlich der konstruktiven Ausgestaltung der Endbereiche und ihrer endseitig anschließenden Ein- oder Ausströmkammem unterschiedlich ausgestaltet sind. Hinsichtlich 2 der Entwicklung von Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung (Dialysatoren und Hämofilter) gibt es fortlaufend Versuche, das Design der Hohlfasermembranfilter zu verändern und zu verbessern. Dabei wird u.a. ein Schwerpunkt daraufgelegt, dass die Geometrie der Ein- oder Ausströmkammern eines Hohlfasermembranfilters, die von Blut durchströmt werden, eine möglichst schonende Durchströmung der Kammern ermöglichen, so dass turbulente Strömungen oder stagnierende Strömungen, die die Blutzellen schädigen können, vermieden werden. Wie allgemein üblich in der extrakorporalen Blutreinigung, sind die Hohlfasermembranfilter so konstruiert, dass das Patientenblut durch den ersten Strömungsraum, also durch die Lumina der Hohlfasermembranen, geleitet wird.
[0004] Darüber hinaus gibt es bei handelsüblichen Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung eine Vielzahl von Designvorschlägen, die eine Verbesserung der Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum bewirken sollen. In der therapeutischen Verwendung von Hohlfasermembranfiltern für die extrakorporale Blutbehandlung wird üblicherweise der zweite Strömungsraum mit einer wässrigen, physiologisch verträglichen Flüssigkeit (Dialysierflüssigkeit) durchströmt. Die Entfernung von schädlichen Metaboliten aus dem Patientenblut erfolgt dann durch den transmembranen Stoffübergang. Für eine verbesserte Abtrennung der Metaboliten ist unter anderem die Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum entscheidend.
[0005] Kunikata et al. (Kunikta; ASAIO Journal, 55(3), p. 231-235 (2009) beurteilen die Leistungsdaten verschiedener handelsüblicher Dialysatoren hinsichtlich ihres unterschiedlichen Designs im Einströmbereich der Dialysierflüssigkeit. Es werden in dieser Publikation verschiedene Designmodelle gezeigt, die ein günstiges Strömungsverhalten der in den Dialysator eintretenden Dialysierflüssigkeit bewirken sollen. Insbesondere werden solche Lösungen gezeigt, wonach die über den Dialysatanschluss einströmende Dialysierflüssigkeit im Endbereich eines Dialysators gleichmäßig die im zylindrischen Gehäuse angeordneten Hohlfasermembranen umströmen soll, so dass eine gleichmäßige Anströmung der Hohlfasermembranen erfolgen kann. Die in Kunikata gezeigten Dialysatoren Asahi Kasei Kuraray APS-15S und Nipro PES-150S sind dabei mit einer teilumfänglichen Prallplatte gegenüberliegend zum Dialysatanschluss ausgestattet. Der - 3 -
Dialysator Asahi Kasei Kuraray APS-15SA weist eine umfängliche Prallplatte auf, die von einströmender Dialysierflüssigkeit überströmt wird. Der Dialysator Tory CS-16U weist eine umfängliche Prallplatte mit Schlitzen auf, die von der zuströmenden Dialysierflüssigkeit durchströmt wird. Der Dialysator FPX140 von Fresenius zeigt eine Ausführung, bei der die Hohlfasermembranen im Endbereich des Dialysators durch eine zinnenartige Struktur eingefasst sind. Aufgrund der Untersuchungen kommen Kunikata et al zum Schluss, dass das Design der gezeigten Dialysatoren im Endbereich der Dialysatoren die Anströmung der Hohlfasermembranen mit Dialysierflüsskeit verbessern kann, so dass die Leistungsdaten der gezeigten Hohlfasermembranfilter verbessert werden können.
[0006] Die in Kunikata gezeigten Ausführungen weisen dabei ein aufwendiges Gehäusedesign auf, so dass diese Ausführungen hinsichtlich einer angestrebten hohen Produktivität im Großmaßstab als nachteilig zu bewerten sind. Darüber hinaus wird kontinuierlich nach Möglichkeiten gesucht, die Produktion von Hohlfasermembranfiltern zu vereinfachen und zu beschleunigen. Daher wird insbesondere nach Möglichkeiten gesucht, die Hohlfasermembranfilter durch rationelle Fertigungsschritte hersteilen zu können.
AUFGABE DER ERFINDUNG
[0007] Es bestand daher die Aufgabe, einen Hohlfasermembranfilter bereitzustellen, der eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen und damit verbunden verbesserte Leistungsdaten aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[0008] Die gestellte Aufgabe wird die Aufgabe durch einen Hohlfasermembranfilter mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 12 betreffen bevorzugte Ausführungsformen. - 4 -
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[0009] Die Erfindung betrifft die Erfindung einen Hohlfasermembranfilter aufweisend ein zylindrisches Gehäuse, das sich entlang einer Mittelachse in Längsrichtung erstreckt, mit einem Gehäuseinnenraum, einem ersten Endbereich mit einem ersten Ende und einem zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende, eine Vielzahl von Hohlfasermembranen, die in dem zylindrischen Gehäuse angeordnet sind und im ersten Endbereich sowie im zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses in jeweils einer Vergussmasse abdichtend mit dem Gehäuse in jeweils einer Vergusszone eingebettet sind, wobei die Enden der Hohlfasermembranen offen sind, so dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und der die Hohlfasermembranen umgebende Gehäuseinnenraum einen zweiten Strömungsraum bildet, erste Ein- oder Ausströmkammer, jeweils stirnseitig am ersten und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses und der Vergusszone anschließend, die mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils erste Flüssigkeitszugänge aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus der ersten Ein- oder Ausströmkammer zu- oder abzuleiten, zweite Ein oder Ausströmkammer umgebend den ersten und den zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses, die mit dem zweiten Strömungsbereich in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils zweite Flüssigkeitszugänge aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus der zweiten Ein- oder Ausströmkammer zu- oder abzuleiten,
Abdichtungen, die jeweils die erste Ein- oder Ausströmkammer von der zweiten Ein- oder Ausströmkammer trennt,
Durchtrittsöffnungen in den Endbereichen des Gehäuses, die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen der zweiten Ein- oder Ausströmkammer und dem zweiten Strömungsraum bilden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer zwischen 0,5: 1 bis 7: 1 , oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder 1 : 1 bis 3:1 liegt. - 5 -
[0010] Der Hohlfasermembranfilter der zuvor genannten Art weist hohe Leistungsparameter bezüglich der Aufreinigung von Flüssigkeiten auf. Es wird vermutet, dass gemäß der zuvor ausgeführten Definition zumindest in einem Endbereich des Hohlfasermembranfilters eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen durch eine Flüssigkeit erfolgen kann, die durch den einen zweiten Anschluss in die zweite Ein- oder Ausströmkammer und durch die Durchtrittsöffnungen im Endbereich des zylindrischen Gehäuses in die zweite Strömungskammer eintritt. Insbesondere ist für die erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter eine verbesserte Abtrennleistung der Testsoluten Harnstoff und Vitamin B12 gemessen worden. Die Bestimmung der Clearance erfolgt gemäß der Norm DIN/EN/ISO 8637:2014.
[0011] In einer Ausführungsform kann der Hohlfasermembranfilter als Dialysator ausgestaltet sein. Der Begriff „ Dialysator " wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung stellvertretend für Blutfiltervorrichtungen verwendet, die auf dem Aufbau eines Hohlfasermembranfilters basieren, z.B. ein Dialysefilter oder ein Hämofilter. In anderen Anwendungen kann der erfindungsgemäße Hohlfasermembranfilter auch als Filter für die Wasseraufbereitung verwendet werden. Der Aufbau von Hohlfasermembranen ist im grundlegenden Prinzip im Stand der Technik bekannt.
[0012] Unter dem Begriff „ Endbereich des zylindrischen Gehäuses“ ist im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein Abschnitt am zylindrischen Gehäuse zu verstehen, der sich vom Gehäuseende zur Mitte des zylindrischen Gehäuses hin erstreckt. Der Begriff „Endbereich“ deutet an, dass es sich um einen Bereich am zylindrischen Gehäuse handelt, der gegenüber der Längsausdehnung des zylindrischen Gehäuses einen nur geringen Bereich einnimmt. Insbesondere nimmt jeweils einer dieser Endbereiche weniger als ein Fünftel, oder weniger als ein Achtel, oder weniger als ein Zehntel, oder weniger als ein Fünfzehntel von der Gesamtlänge des zylindrischen Gehäuses ein.
[0013] In einem Teil des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses befindet sich die Vergusszone. Als „ Vergusszone “ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Bereich bezeichnet, in dem die Hohlfasermembranen des Hohlfasermembranfilters in eine Vergussmasse eingebettet sind. Die Hohlfasermembranen sind dabei in der Vergussmasse so eingebettet, dass sie an den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses fixiert sind. Die 6
Vergussmasse dichtet mit dem Endbereich des zylindrischen Gehäuses ab. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Vergusszone weniger als drei Viertel, oder weniger als zwei Drittel, oder weniger als die Hälfte der Breite des Endbereichs einnimmt. Die Vergussmasse ist tellerförmig und im zylindrischen Gehäuse senkrecht zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses angeordnet. Unter dem Begriff „ Mittelachse “ ist eine Längsachse des zylindrischen Gehäuses zu verstehen, die zentrisch im zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters verläuft. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung dient der Begriff „ Mittelachse “ der geometrischen Beschreibung des Hohlfasermembranfilters.
[0014] Stirnseitig anschließend an die Vergusszonen am Ende des zylindrischen Gehäuses befinden sich erste Ein- oder Ausströmkammern. Unter dem Begriff „ erste Ein- oder Ausströmkammei“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein Volumenbereich im Hohlfasermembranfilter verstanden, in den Flüssigkeit eintreten kann, entweder bevor sie in den ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters eintritt, oder nachdem sie aus dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters ausgetreten ist. Die ersten Ein- und Ausströmkammern schließen über eine Wandung der Endkappen abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. In bestimmten Ausführungen können die ersten Ein- oder Ausströmkammern als Endkappen ausgebildet sein. Die Endkappen befinden sich an den Enden des zylindrischen Gehäuses und sind über eine Wandung der Endkappen flüssigkeitsdichtend und formschlüssig mit dem zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters verbunden. Die ersten Ein- oder Ausströmkammern weisen jeweils einen ersten Flüssigkeitszugang auf, um Flüssigkeit in die/aus den ersten Ein- oder Ausströmkammern ein- oder auszuleiten. Die ersten Ein- oder Ausströmkammern stehen daher in Flüssigkeitsverbindung mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, der durch die Lumina der Hohlfasermembranen gebildet wird. Als „Lumina“ oder „Lumen“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Hohlraum der Hohlfasermembranen verstanden.
[0015] Gemäß der Erfindung weist der Hohlfasermembranfilter weiterhin zweite Ein- oder Ausströmkammern auf, die die jeweiligen Endbereiche des zylindrischen Gehäuses umgeben. Unter dem Begriff „zweite Ein- oder Ausströmkammern“ wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung ein umgrenzter Volumenbereich im Hohlfasermembranfilter verstanden, in den Flüssigkeit eintreten kann, entweder bevor sie in den zweiten - 7 -
Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters eintritt, oder nachdem sie aus dem zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters ausgetreten ist. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern werden jeweils durch Ummantelungen gebildet, die die Endbereiche des zylindrischen Gehäuses umschließen. Eine Wandung der Ummantelungen schließt dabei abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. Die Ummantelungen können Teil des zylindrischen Gehäuses und an diesem angebracht sein, wobei die zweiten Ein- oder Ausströmkammern von der Ummantelung dann abdichtend umschlossen werden. Alternativ kann die Ummantelung auch durch separate Hülsen oder als Teil von Endkappen ausgebildet sein, die auch die ersten Ein oder Ausströmkammern umschließen. Die Endkappen sind dann so ausgebildet, dass sie formschlüssig auf den Enden des zylindrischen Gehäuses aufsitzen, mit dem Gehäuse flüssigkeitsabdichtend abschließen und gleichzeitig auch die Ummantelung der zweiten Ein oder Ausströmkammern bilden. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern weisen jeweils einen zweiten Flüssigkeitszugang auf, um Flüssigkeit in die/aus den zweiten Ein- oder Ausströmkammern ein- oder auszuleiten. Die zweiten Ein- oder Ausströmkammern stehen in Flüssigkeitsverbindung mit dem zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, der durch den die Hohlfasermembranen umgebenden Gehäuseinnenraum des Hohlfasermembranfilters gebildet wird.
[0016] Wie zuvor beschrieben, schließen die ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern abdichtend an der Vergusszone und/oder am Ende des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an. Die ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern sind daher an dieser Stelle flüssigkeitsabdichtend voneinander getrennt. Als Dichtmittel können z.B. O-Ringe, Schweißzonen oder Verklebungszonen dienen, die zwischen den Enden des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses oder der Vergussmassen und der Wandung der ersten und der zweiten Ein- oder Ausströmkammern angeordnet sind.
[0017] Über die Durchtrittsöffnungen am Endbereich des zylindrischen Gehäuses wird eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den zweiten Ein- oder Ausströmkammern und dem zweiten Strömungsraum gebildet. Flüssigkeit kann so in den zweiten Strömungsraum eintreten oder aus dem zweiten Strömungsraum ausgeleitet werden. Die Zahl der Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses kann mindestens 5, oder 10 oder 15 oder 20 oder 30 oder 40 oder 60 betragen. Die Zahl der 8
Durchtrittsöffnungen beträgt höchstens 350, oder 300 oder 250 oder 200, oder 180, oder 150. Bevorzugt liegt die Anzahl der Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses zwischen 10 und 350, oder zwischen 10 und 40, oder zwischen 15 und 300, oder zwischen 20 und 250, oder zwischen 30 und 200 oder zwischen 40 und 180 oder zwischen 60 und 180.
[0018] Das geometrische Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer liegt zwischen 0,5: 1 bis 7: 1 , oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder l : 1 bis 3:1. Als „Summe der Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen“ wird dabei die Summe der Flächen aller einzelnen Durchtrittsöffnungen in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses verstanden.
[0019] Als „ Durchströmquerschnitt einer zweiten Ein- oder Ausströmkammer " wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung die Querschnittsfläche der zweiten Ein- oder Ausströmkammer verstanden, die durch Bildung eines Querschnitts durch den Hohlfasermembranfilter und durch die Mittelachse des zylindrischen Gehäuses entsteht. Der Querschnitt wird dabei so gelegt, dass die zweiten Flüssigkeitszugänge an den zweiten Ein- und Ausströmkammern nicht berührt werden. Sofern bei der genannten Querschnittsbetrachtung zwei Querschnittsflächen der zweiten Ein- oder Ausströmkammer abgebildet werden, z.B. bei rotationssymmetrischer Geometrie der zweiten Ein- oder Ausströmkammern, wird für die Bestimmung des Durchströmquerschnitts nur eine dieser Querschnittsflächen herangezogen.
[0020] Da für den oben beschriebenen Effekt eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum als Ursache angesehen wird, ist es bereits ausreichend, wenn nur an dem einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses das geometrische Verhältnis des Durchströmquerschnitts der Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer erfüllt ist, an dem durch die Verwendung des Hohlfasermembranfilters die Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum durch hinzutretende Flüssigkeit aus der zweiten Ein- oder Ausströmkammer angeströmt werden. - 9 -
[0021] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses, in dem das definierte Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer vorliegt, die zumindest eine zweite Ein- oder Ausströmkammer ausgehend von dem zweiten Flüssigkeitszugang einen zur Mittelachse des zylindrischen Gehäuses rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere einen Ringspalt, bildet. Durch die rotationssymmetrische Geometrie der zweiten Ein- oder Ausströmkammern können die Bauteile für den Hohlfasermembranfilter prozessoptimiert, insbesondere durch Spritzgusstechniken, hergestellt werden.
[0022] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass beide zweite Ein- oder Ausströmkammern den in Anspruch definierten rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere den Ringspalt bilden, und dass weiterhin an beiden Endbereichen des zylindrischen Gehäuses das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer im definierten Bereich von zwischen 0,5: 1 bis 7: 1 , oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder 1 : 1 bis 3:1 liegt. Gemäß dieser Bedingung ist der Hohlfasermembranfilter an den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses symmetrisch aufgebaut. Der symmetrische Aufbau vereinfacht insbesondere die Produktion des Hohlfasermembranfilters, da die Zahl unterschiedlicher Bauteile geringer ist und keine Vorzugsausrichtungen der Bauteile im Fertigungsprozess eingehalten werden müssen. Gleiches gilt auch für die Anwendung der Hohlfasermembranfilter in der Filtrationsanwendung. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn der Hohlfasermembranfilter symmetrisch aufgebaut ist und so keine Vorzugsausrichtung in der Anwendung eingehalten werden muss.
[0023] In einer weiteren Ausführungsform ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Endbereich und optional der zweite Endbereich, unterteilt ist in einen proximalen Endbereich, einen distalen Endbereich und einen zwischen dem proximalen und distalem Endbereich angeordneten Übergangsbereich, wobei das eine Ende des distalen Endbereichs das Ende des zylindrischen Gehäuses ist, und der distale Endbereich einen Innendurchmesser aufweist, der mindestens 2% größer ist, als der 10
Innendurchmesser des proximalen Endbereichs. Der proximale Endbereich ist im Sinne dieser Ausführungsform proximal zum Schwerpunkt des zylindrischen Gehäuses angeordnet. Der distale Endbereich ist entsprechend distal zu diesem Schwerpunkt des zylindrischen Gehäuses angeordnet und befindet sich somit an den Enden des zylindrischen Gehäuses. Vorteilhaft ist die Packungsdichte der in dem zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters angeordneten Hohlfasermembranen im distalen Endbereich durch den größeren Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses in diesem Teil des Endbereichs herabgesetzt. Dies bietet den Vorteil, dass beim Vergießen des Hohlfasermembranen in dem zylindrischen Gehäuse während der Herstellung des Hohlfasermembranfilters weniger Defektstellen auftreten. Weiterhin werden die Hohlfasermembranen in diesem distalen Endbereich durch die geringere Packungsdichte durch Dialysierflüssigkeit besser anströmbar.
[0024] Im Übergangsbereich des Endbereichs nimmt der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses um mehr als 2 % zu. Vorzugsweise nimmt der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses im Übergangsbereich um mehr als 3%, oder mehr als 4%, oder mehr als 5% und höchstens um 10%, oder höchstens um 8%, oder höchstens um 7%, oder höchstens um 6%, insbesondere um 2 bis 10%, oder 3 bis 8%, oder 4 bis 7% zu. Der Übergangsbereich nimmt in Erstreckungsrichtung der Mittelachse des zylindrischen Gehäuses wenigstens 1/10, oder wenigstens 1/12, oder wenigstens ein 1/14, oder wenigstens ein 1/15, oder wenigstens ein 1/17, oder wenigstens 1/18, oder wenigstens 1/20 und höchstens 1/40, oder höchstens 1/35, oder höchstens 1/30 oder höchstens 1/25, insbesondere 1/10 bis 1/40, oder 1/12 bis 1/35 oder 1/14 bis 1/30 oder 1/15 bis 1/25 der Gesamtlänge des zylindrischen Gehäuses ein.
[0025] In einer weiteren Ausbildung der zuvor genannten Ausführungsform ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen am distalen Endbereich angeordnet sind. Die in die zweite Strömungskammer eintretende Dialysierflüssigkeit kann so direkt über die Durchtrittsöffnungen in den Teil der Hohlfasermembranen geleitet werden, die eine geringere Packungsdichte aufweisen. Es ergibt sich so eine vorteilhafte umfänglich gleichmäßige Anströmung der Hohlfasermembranen im distalen Endbereich, die zudem durch die geringere Packungsdichte in diesem Teil des Endbereichs die Anordnung der Hohlfasermembranen - 11 besser durchdringen können, bevor der Strom der Dialysierflüssigkeit in den Teil der Hohlfasermembranen mit einer höheren Packungsdichte eintritt.
[0026] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen kreisförmig, oval oder schlitzförmig ausgebildet sind. Ja nach unterschiedlichen Innendurchmessern des zylindrischen Gehäuses, die für verschiedene Anwendungen vorgesehen werden, können Anzahl und Form der Durchtrittsöffnungen im Endbereich des zylindrischen Gehäuses variieren. Dies hängt auch von den Fertigungsmöglichkeiten des zylindrischen Gehäuses ab, das vorzugsweise durch Spritzgusstechnik hergestellt wird. Vorteilhaft ist daher die Anordnung von einer Vielzahl von Durchtrittsöffnungen am Endbereich des zylindrischen Gehäuses, die eine kreisförmige, ovale oder schlitzförmige Form aufweisen.
[0027] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen auf vereinzelten und/oder gegenüberliegenden Abschnitten oder gleichmäßig umfänglich im Endbereich des zylindrischen Gehäuses angeordnet sind.
[0028] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen 10 bis 350 mm2, oder 15 bis 200 mm2, oder 15 bis 150 mm2, oder 20 bis 110 mm2 beträgt. Die vorgesehene Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen ist abhängig vom Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters und damit verbunden mit der Anzahl der Hohlfasermembranen. Hohlfasermembranfilter mit einer größeren Membranfläche und einer höheren Anzahl an Hohlfasermembranen benötigen ein entsprechend hohes
Anströmvolumen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters, um eine ausreichende Filtrationsleistung zu erzielen. In einem Beispiel liegt bei einer Anordnung von ca. 10.000 Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters die Summe aller Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen im Bereich von ca. 90 bis 150 mm2. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses kann dabei zwischen 28 und 35 mm betragen. In anderen Ausführungsformen kann der Innendurchmesser des Gehäuses zwischen 20 und 45 mm, insbesondere zwischen 28 und 45, weiter 12 insbesondere zwischen 30 und 40 mm betragen. Die Anpassung der Summe aller Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses dient dazu, einen definierten Zustrom von Flüssigkeit in den zweiten Strömungsraum zu regulieren und damit eine verbesserte Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum zu erzielen.
[0029] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmquerschnitt der einen zweiten oder der beiden zweiten Ein- oder Ausströmkammern 20 bis 50 mm2, 20 bis 40 mm2 oder 25 mm2 beträgt. Auch hier kann der Durchströmquerschnitt der Ein- oder Ausströmkammern angepasst sein an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters und damit auch von der Anzahl der Hohlfasermembranfilters verschiedene Werte annehmen. In einem Beispiel beträgt bei einer Anordnung von ca. 10.000 Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters der Durchströmquerschnitt der Ein- oder Ausströmkammern 20 bis 30 mm2. Die Anpassung des Durchströmquerschnitts der Ein- oder Ausströmkammern an den Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses bewirkt dabei eine effiziente Verteilung der in die zweite Ein- oder Ausströmkammer einströmenden Flüssigkeit, so dass beim Eintritt der Flüssigkeit in den zweiten Strömungsraum eine gleichmäßige Anströmung der Hohlfasermembranen erzielt werden kann.
[0030] Der Innendurchmesser eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters kann 20 bis 45 mm betragen. Insbesondere können 5000 bis 15000 Hohlfasermembranen im zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters angeordnet sein, so dass der Hohlfasermembranfilter eine Membranoberfläche von 0,6 bis 2,5 m2 aufweist. Die „Membranoberfläche“ des Hohlfasermembranfilters berechnet sich aus dem Produkt der inneren Oberfläche der Hohlfasermembranen und der Anzahl der Hohlfasermembranen, die in dem zylindrischen Gehäuse des Hohlfasermembranfilters angeordnet sind. Die innere Oberfläche der Hohlfasermembranen berechnet sich dabei aus dem Produkt des Innendurchmessers einer Hohlfasermembran, der Kreiskonstante p und der effektiven Wirklänge. Erfindungsgemäß beträgt in einer Ausführungsform die effektive Wirklänge des Hohlfasermembranfilters im zylindrischen Gehäuse 200 bis 350 mm. Als effektive „Wirklänge“ des Hohlfasermembranfilters oder der Hohlfasermembranen wird im Kontext - 13 - der vorliegenden Anmeldung der Abstand zwischen den Vergussmassen verstanden, in dem über die Hohlfasermembranen effektiv ein Stoffaustausch erfolgen kann. Die Packungsdichte der Hohlfasermembranen im Hohlfasermembranfilter beträgt in einer Ausführungsform 55 bis 65%, insbesondere zwischen 60 und 65%. Als Packungsdichte wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Anteil im Gehäuseinnenraum des zylindrischen Gehäuses verstanden, der von den Hohlfasermembranen eingenommen wird. Die Packungsdichte ist das prozentuale Verhältnis der Summe der Querschnittsflächen der Hohlfasermembranen zur Querschnittsfläche des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters, wobei als Querschnittsfläche des zylindrischen Gehäuses nur die durch den Innendurchmesser vorgegebene Querschnittsfläche verstanden wird.
[0031] Vorzugsweise werden zum Aufbau eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters Hohlfasermembranen aus Polysulfon und Polyvinylpyrrolidon verwendet. Die Hohlfasermembranen können insbesondere eine wellenförmige Form aufweisen. Derartige wellenförmige Hohlfasermembranen werden beispielsweise in WO 01/60477 A2 beschrieben. Die Amplitude der Wellenform kann dabei von 0,03 bis 0,8 mm betragen. Die Wellenlänge der Wellenform kann 3 bis 30mm, insbesondere 5 bis 12 mm, betragen. Der Durchmesser der Hohlfasermembranen kann dabei 205 bis 330 pm, insbesondere 170 bis 200 pm, betragen, wobei der Durchmesser des Lumens der Hohlfasermembranen 165 bis 230 pm, insbesondere 175 bis 200 pm beträgt.
[0032] Die Vergussmassen, mit der die Hohlfasermembranen an den jeweiligen Endbereichen des zylindrischen Gehäuses eingebettet und abgedichtet sind, bestehen vorzugsweise aus Polyurethan.
[0033] Das zylindrische Gehäuse und die Endkappen sind vorzugsweise aus einem Polypropylenmaterial gefertigt.
[0034] In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter so aufgebaut, dass er ein Aspektverhältnis von 8 bis 12, insbesondere 9 bis 11, weiter insbesondere 9 bis 10, aufweist. Als Aspektverhältnis wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung der Quotient der effektiven Wirklänge und des Innendurchmessers des zylindrischen Gehäuses des Hohlfasermembranfilters verstanden. Eine Anströmung der - 14 -
Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsbereich über das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer wird so weiter verbessert, indem bei gleichbleibender Packungsdichte und Membranfläche der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses reduziert wird. Um diese Bedingungen zu erfüllen, wird der Hohlfasermembranfilter erfindungsgemäß so konstruiert, dass er bei gleicher Membranfläche und Packungsdichte eine geringere Anzahl an Hohlfasermembranen, aber eine höhere effektive Wirklänge aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft für Hohlfasermembranfilter, die eine große Membranfläche aufweisen.
[0035] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die erste und die zweite Ein oder Ausströmkammer am ersten Endbereich des zylindrischen Gehäuses und die erste und die zweite Ein- oder Ausströmkammer am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses durch jeweils eine erste und eine zweite Endkappe umschlossen werden. Vorteilhafterweise sind die Endkappen dabei einstückig ausgebildet. Die Endkappen sind dabei so ausgebildet, dass eine Wandung der Endkappe, die jeweils erste Ein- oder Auströmkammer umschießt und jeweils eine weitere Wandung eine Ummantelung bildet, die die jeweils zweite Ein- oder Ausströmkammer umschließt. Die Endkappen sind geometrisch so geformt, dass sie auf den Endbereichen des zylindrischen Gehäuses formschlüssig aufsitzen und durch Abdichtungen flüssigkeitsdicht sind. Die Endkappen werden vorteilhaft durch Spritzguss hergestellt. Die Fertigung eines Hohlfasermembranfilters unter Verwendung der vorliegend definierten Endkappen trägt zu einer prozessoptimierten Fertigung des Hohlfasermembranfilters bei. An den Endkappen sind erste und zweite Flüssigkeitszugänge angeordnet.
[0036] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung am ersten Endbereich des zylindrischen Gehäuses formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend anschließt. Insbesondere schließt auch die zweite Endkappe auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend, an. Endkappen und zylindrisches Gehäuse sind somit entlang des - 15 - außenumfänglichen Vorsprungs flüssigkeitsdichtend verbunden. Eine Abdichtung kann durch Verschweißungen oder Verklebung erfolgen.
[0037] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass die erste Endkappe entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend am ersten Ende des zylindrischen Gehäuses anschließt. Insbesondere schließt auch die zweite Endkappe entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses an. Die innenumfängliche kreisförmige Linie kann z.B. als kreisförmiger Wulst oder Vorsprung auf der Innenseite der Endkappen ausgebildet sein. Alternativ kann aber die Innenseite der Wandung der Endkappen direkt am Ende des zylindrischen Gehäuses anschließen. Der Anschluss der kreisförmigen Linie der Endkappen an die Enden des zylindrischen Gehäuses bewirkt über Verschweißung, Verklebung oder durch O-Ringe eine Flüssigkeitsabdichtung jeweils zwischen der ersten Ein- und Ausströmkammer und der zweiten Ein- und Ausströmkammer.
[0038] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungsvolumen einer der oder beider zweiten Ein- oder Ausströmkammern zwischen 1 ,5 und 5 cm3 liegt. Über einen begrenzten Volumenbereich der zweiten Ein- und oder Auströmkammern kann insbesondere gewährleistet werden, dass abhängig vom Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses eine gleichmäßige Verteilung der in die zweiten Ein- oder Ausströmkammern eintretende Flüssigkeit erfolgen kann. Damit wird auch vermieden, dass Strömungen in Bereichen der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer stagnieren und eine inhomogene Anströmung der Hohlfasermembranen im zweiten Strömungsbereich auftreten.
[0039] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Hohlfasermembranfilter dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse und die Endkappen aus einem thermoplastischen Material, insbesondere aus Polypropylen bestehen. Vorteilhafterweise können somit das zylindrische Gehäuse und die Endkappen in einem prozessoptimierten Spritzgussverfahren hergestellt werden. Weiterhin ergibt sich aus - 16 - der Auswahl der Materialien auch der Vorteil, dass das zylindrische Gehäuse und die Endkappen in einem Schweißprozess formschlüssig und abdichtend miteinander verbunden werden können.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG ANHAND DER FIGUREN
[0040] Fig. 1a zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses.
[0041] Fig. 1 b zeigt einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft.
[0042] Fig. 2a zeigt eine seitliche Ansicht eines zylindrischen Gehäuses eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, wobei der Endbereich des zylindrischen Gehäuses abgebildet ist.
[0043] Fig. 2b zeigt eine seitliche Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines zylindrischen Gehäuses eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, wobei der Endbereich des zylindrischen Gehäuses abgebildet ist. Die Darstellung gemäß Fig. 2b ist mit Bemaßungen versehen. Die Werteangaben der Bemaßung beziehen sich auf die Einheit Millimeter (mm).
[0044] Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt eines kommerziell erhältlichen FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft.
[0045] Fig. 4 zeigt eine seitliche Ansicht eines zylindrischen Gehäuses eines kommerziell erhältlichen FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care.
[0046] Fig. 1a zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters 100 entlang der Mittelachse A des - 17 - zylindrischen Gehäuses 101. Gezeigt ist in Fig. 1a nur ein Teil des Hohlfasermembranfilters, der ein erstes Ende 104 an dem zylindrischen Gehäuse 101 mit einem ersten Endbereich 103 abbildet. Ein Teil des Endbereichs 103 wird von einer Vergusszone 106 eingenommen, in der stirnseitig zur Längsausrichtung, d.h. senkrecht zur Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses, eine Vergussmasse 105 angeordnet ist, die die in Fig. 1a nicht gezeigten Hohlfasermembranen im Gehäuseinnenraum 102 im ersten Endbereich 103 und im nicht gezeigten zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses 101 in jeweils einer Vergussmasse 105 abdichtend mit dem Gehäuse 101 einbettet. Weiterhin gezeigt ist eine Endkappe 111 mit einer Wandung 114, die die erste Ein- oder Ausströmkammer 107 umschließt, sowie ein Ummantelungsbereich 115, der die zweite Ein oder Ausströmkammer 109 umschließt. Die Fläche des Strömungsquerschnitts der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 ist in Fig. 1a durch Schraffierung gekennzeichnet. Weiterhin ist ein Flüssigkeitszugang 108 gezeigt. Der Flüssigkeitszugang 108 zeigt in der Darstellung die typischen Details eines Blutanschlusses eines Dialysators. Der Flüssigkeitszugang 108 bildet einen Flüssigkeitszugang zur ersten Ein- oder Ausströmkammer 107. Die in Fig. 1 gezeigte Endkappe 111 ist einstückig ausgearbeitet, so dass die Wandung 114 und die Ummantelung 115 Teil der Endkappe sind. Gemäß der in Figur 1a gezeigten Anordnung wird der Raum der ersten und zweiten Ein- oder Ausströmkammern (107, 109) von der Endkappe 111, dem zylindrischem Gehäuse 101 und der Vergussmasse 105 umschlossen. Die erste Ein- oder Ausströmkammer ist am Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 über eine umfängliche Abdichtung 110 abgedichtet. Dazu dient ein innerer kreisförmiger Umfang 110a der Endkappe 111, der in Fig. 1 nur im Querschnitt gezeigt ist. Der innere Umfang 110a der Endkappe 111 sitzt in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung auf dem Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 formschlüssig auf, so dass die Abdichtung 110 zwischen Ende 104 des zylindrischen Gehäuses und Endkappe 111 entsteht. Flüssigkeit, die durch den Flüssigkeitszugang 108 in die erste Ein oder Ausströmkammer 107 einströmt, wird so ausschließlich über die offenen Enden der Hohlfasermembranen in der Vergussmasse 105 (in Fig. 1a nicht gezeigt) in die Lumina der Hohlfasermembranen und damit in den ersten Strömungsraum eingeströmt (in Fig. 1a nicht gezeigt). Eine weitere umfängliche Flüssigkeitsabdichtung 112 entsteht durch den ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung 112a am zylindrischen Gehäuse 101, der formschlüssig und flüssigkeitsabdichtend an der Ummantelung 115 der Endkappe 111 anschließt. - 18 -
[0047] Fig. 1 b zeigt einen weiteren Querschnitt eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters 100, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft. Die Mittelachse B verläuft zentrisch im zweiten Flüssigkeitszugang 116, der an der zweiten Ein oder Ausströmkammer 109 anschließt. Die Bezeichnungen 100 bis 111 und 114 und 115 in Fig. 1b bezeichnen die korrespondierenden Details aus Fig. 1a. Die Fläche des Strömungsquerschnitts der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 ist in Fig. 1b mit parallelen Strichen schraffiert gekennzeichnet. Zusätzlich sind in dieser Querschnittsdarstellung die Durchtrittsöffnungen 113 auf gegenüberliegenden Seiten des Endbereichs 103 des zylindrischen Hohlfasermembranfilters zu sehen. Gemäß Fig. 1 b erfolgt eine Flüssigkeitsverbindung über den zweiten Flüssigkeitszugang 116 der zweiten Ein- oder Ausströmkammer 109 und dem zweiten Strömungsraum im Gehäuseinnenraum 102 des Hohlfasermembranfilters 100 über die Durchtrittsöffnungen 113. In einer nach Fig. 1 b gezeigten Ausführungsform sind eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen gegenüberliegend am Endbereich 103 des zylindrischen Holfasermembranfilters angebracht, von denen in der Querschnittsdarstellung der Fig. 1b nur zwei sichtbar sind.
[0048] Fig. 2a zeigt in schematischer Darstellung einen Teil eines zylindrischen Gehäuses 101 eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters in einer seitlichen Ansicht. In der Darstellung von Fig. 2a ist der Teil mit dem ersten Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 gezeigt. In Figur 2a ist weiterhin der ringförmige außenumfängliche Vorsprung 112a am zylindrischen Gehäuse 101 dargestellt, der dafür vorgesehen ist, eine Abdichtung 112 an einer Ummantelung 115 einer Endkappe 111 herzustellen. Referenz 103 bezeichnet den Endbereich des zylindrischen Gehäuses 101. Referenz 106 bezeichnet die Vergusszone im Endbereich, wobei Fig. 2a eine Vergussmasse 105 nicht zeigt. Die Mittelachse A deutet die Längsausrichtung des zylindrischen Gehäuses an. In der Seitenansicht ist eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 113 abgebildet, die im Hohlfasermembranfilter die Verbindung zwischen zweiter Ein- oder Ausströmkammer 109 und dem zweiten Strömungsraum bilden (beide nicht in Fig. 2a dargestellt). In der gezeigten Darstellung sind die Durchtrittsöffnungen kreisrund dargestellt, sie können jedoch auch oval, schlitzförmig oder U-förmig ausgestaltet sein. Die Durchströmquerschnitte der Durchtrittsöffnungen 113 ergeben sich durch die Summe der Durchströmquerschnitte aller einzelnen - 19 -
Durchtrittsöffnungen 113. Die gemäß Fig. 2a dargestellte Ausführungsform weist im Endbereich 103 des zylindrischen Gehäuses 101 22 Durchtrittsöffnungen 113 auf, von denen in Fig. 2a nur die Hälfte, also 11 sichtbar sind. 11 weitere Durchtrittsöffnungen befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Endbereichs 103 des zylindrischen Gehäuses 101.
[0049] Fig. 2b zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform eines Teils eines zylindrischen Gehäuses 101 eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters in einer seitlichen Ansicht. In der Darstellung von Fig. 2b ist der Teil mit dem ersten Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 gezeigt. In Figur 2b ist weiterhin der ringförmige außenumfängliche Vorsprung 112a am zylindrischen Gehäuse 101 dargestellt, der dafür vorgesehen ist, eine Abdichtung 112 an einer Ummantelung 115 einer Endkappe 111 herzustellen (in Fig. 2b nicht gezeigt). Weiterhin werden in Fig. 2b gezeigt: 103 - der Endbereich des zylindrischen Gehäuses 101, die Mittelachse A, 113 - kreisrunde Durchtrittsöffnungen.
[0050] Der Abstand vom Mittelpunkt der Durchtrittsöffnungen 113 bis zum Ende 104 des zylindrischen Gehäuses 101 beträgt in der gezeigten Ausführungsform 10 mm. Am Ende 104 des zylindrischen Gehäuses beträgt der Durchmesser der Öffnung des zylindrischen Gehäuses 34 mm. In der gezeigten Darstellung ist der Endbereich 103 des zylindrischen Gehäuses unterteilt in einem proximalen Endbereich 103a und einen distalen Endbereich 103b. Der proximale Endbereich 103a ist in der gezeigten Darstellung benachbart zum ringförmigen außenumfängliche Vorsprung 112a angeordnet und ist damit im Sinne der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsform proximal zu einer Schwerpunktsmitte des zylindrischen Gehäuses. In der gezeigten Ausführungsform in Fig. 2b ist der Innendurchmesser des distalen Endbereichs 103b des zylindrischen Gehäuses größer als der des proximalen Endbereichs 103a. Proximaler und distaler Endbereich schließen durch einen Übergangsbereich 103c aneinander an. Im Übergangsbereich 103c des Endbereichs 103 nimmt der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses um mehr als 3 % zu. Insbesondere ist gemäß der Ausführungsform gemäß Fig. 2b der Durchmesser des distalen Endbereichs 103b am Ende des zylindrischen Gehäuses 34 mm, wohingegen der Innendurchmesser des distalen Endbereichs 103b anschließend am Übergangsbereich 103c 33,5 mm beträgt. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 101 am 20 proximalen Endbereich beträgt in der gezeigten Ausführungsform von Fig. 2b 31 ,9 mm. Die Zunahme des Innendurchmessers vom proximalen 103a zum distalen 103b Endbereich beträgt demnach in der gezeigten Ausführungsform 1 ,6 mm. Der Innendurchmesser des zylindrischen Gehäuses 101 beträgt in einem Mittelbereich 31 ,4 mm. Aus den in Fig. 2b gezeigten Maßen ist ersichtlich, dass der Innendurchmesser in den einzelnen Bereichen des distalen 103b und des proximalen Endbereichs 103a weiter zum Mittelbereich des zylindrischen Gehäuses konisch verläuft. Der gemäß Fig. 2b verdeutlichte konische Verlauf des Innendurchmessers der einzelnen Bereiche des zylindrischen Gehäuses 101 ergibt sich aus der Notwendigkeit, das zylindrische Gehäuse als Spritzgussformteil aus einer Spritzgussanlage entformen zu können. Derartige erforderliche Geometrien von Spritzgussteilen sind in der Spritzgusstechnik bekannt. Von diesen notwendigen konischen verlaufenden Änderungen des Innendurchmessers ist die Innendurchmesseränderung am Übergangsbereich 103c zu unterscheiden. Der Übergangsbereich 103c nimmt in Erstreckungsrichtung der Mittelachse A in der gezeigten Darstellung von Fig. 2b einen Bereich von weniger als 2 mm ein, in dem der Innendurchmesser des proximalen Endbereichs von 31 ,9 mm zum Innendurchmesser des distalen Endbereichs von 33,5 mm zunimmt. Der Übergangsbereich nimmt gemessen an der Gesamtlänge des zylindrischen Gehäuses etwa nur 1/15 ein.
[0051] In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilters, der gemäß nach den in Fig. 1a, 1b und 2 gezeigten Einzelheiten gearbeitet ist, kann die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen beispielsweise 17 mm2 betragen. Weiterhin kann in dieser Ausführungsform der Durchströmquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammer dann ca. 26 mm2 betragen. Das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer beträgt 0,65: 1.
[0052] Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt eines kommerziell erhältlichen FX Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, der sowohl durch die Mittelachse A des zylindrischen Gehäuses als auch die Mittelachse B des zweiten Flüssigkeitszugangs verläuft. Analog zu den vorhergehenden Figuren zeigt Fig. 3: - 21
301 ein zylindrisches Gehäuse
302 einen Gehäuseinnenraum des zylindrischen Gehäuses für die Aufnahme einer Vielzahl von Hohlfasermembranen (in Fig. 3 nicht gezeigt)
303 einen Endbereich des zylindrischen Gehäuses
304 ein erstes Ende des zylindrischen Gehäuses
305 eine Vergussmasse,
306 eine Vergusszone,
307 eine erste Ein- oder Ausströmkammer,
308 einen ersten Flüssigkeitszugang zur ersten Ein- oder Ausströmkammer,
309 eine zweite Ein- oder Ausströmkammer,
310 eine umfängliche Abdichtung, ausgebildet als O-Ring,
310a einen inneren Umfang in der Endkappe,
311 eine Endkappe,
312a einen ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung,
314 eine Wandung der Endkappe,
315 eine Ummantelung des Endbereichs des zylindrischen Gehäuses an der Endkappe,
316 einen zweiten Flüssigkeitszugang.
[0053] Wie aus Fig. 3 ersichtlich, unterscheiden sich die nach Fig. 1a, 1b und Fig. 3 dargestellten Hohlfasermembranfilter baulich in der Konstruktion der zweiten Ein- und Ausströmkammer. In Fig. 3 nicht zu sehen sind die Durchtrittsöffnungen, die die zweiten Ein- oder Ausströmkammern mit dem zweiten Strömungsbereich des Hohlfasermembranfilters (nicht gezeigt) verbinden.
[0054] Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht eines zylindrischen Gehäuses 401 eines handelsüblichen FX Hohlfasermembranfilters der Firma Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, der in einer Vergusszone 406 eine Vergussmasse 405 trägt. Die Figur 4 zeigt einen ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung 412a. Weiterhin sind in der Seitenansicht die Durchtrittsöffnungen 413 gezeigt, die umfänglich am Endbereich 403 des Gehäuses 401 angeordnet sind. Der gemäß Fig. 3 und Fig. 4 veranschaulichte FX60 Hohlfasermembranfilter weist einen Durchströmquerschnitt der zweiten Ein- oder Ausströmkammer von 26 mm2 auf. In derselben Ausführungsform des FX Hohlfasermembranfilters beträgt die Summe der Durchströmquerschnitte aller 22
Durchtrittsöffnungen 392 mm2. Das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer beträgt 15: 1.
BEISPIELE
Bestimmung der Clearance
[0055] Die Bestimmung der Clearance wird gemäß der Norm DIN/EN/ISO 8637:2014 durchgeführt, wobei in den Beispielen ein Blutfluss von 300 ml/ min. und ein Dialysatfluss von 500 ml/ min. eingestellt wird. Als Prüflösungen werden wässrige Lösungen von 16,7 mmol/l Harnstoff (Fa. Merck) und 36,7 pmol/l Vitamin B12 (BCD Chemie, Biesterfeld) auf der Blutseite und destilliertes Wasser auf der Dialysatseite verwendet. Die Konzentration von Vitamin B12 wird photometrisch bei 361 nm bestimmt. Für die Bestimmung des Harnstoffes wird das Gerät Cobas Integra 400 plus mit dem Test UREAL (Roche Diagnostics, Deutschland) verwendet.
Beispiel 1 : Hohlfasermembranfilter gemäß der Erfindung
[0056] Es wurde ein Hohlfasermembranfilter mit den baulichen Details gemäß Fig. 1a und 1 b und den in Tabelle 1 gezeigten Kenngrößen hergestellt. Es wurden dabei gewellte Polysulfon/Polyvinylpyrrolidon-Hohlfasermembranen verwendet, die insbesondere im FX60 Filter der Firma Fresenius Medical Care verbaut werden. Die Herstellung des Hohlfasermembranfilters erfolgte nach im Stand der Technik bekannten Methoden.
Der erfindungsgemäße Hohlfasermembranfilter wurde durch ein im Stand der Technik bekanntes Dampfsterilisationsverfahren sterilisiert, das in der Offenlegungsschrift DE 10 2016 224 627 A1 beschrieben ist. Clearance und Siebkoeffizienten wurden jeweils an der sterilen wie auch an der unsterilen Ausführungsform untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Vergleichsbeispiel 1 : FX60 Hohlfasermembranfilter
[0057] Als vergleichende Ausführungsform wurde ein FX60 Hohlfasermembranfilter der Firma Fresenius Medical Care verwendet. Die baulichen Details des FX 60 - 23 -
Hohlfasermembranfilters sind in den Fig. 3 und Fig. 4 schematisch gezeigt. Die technischen Kenngrößen des FX60 Filters sind in Tabelle 1 gezeigt.
Der FX60 Hohlfasermembranfilter wurde mit dem gleichen Dampfsterilisationsverfahren, das auch beim erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter angewendet wurde, sterilisiert. Die mit dem Hohlfasermembranfilter festgestellte Clearance wurde jeweils an der sterilen wie auch an der unsterilen Ausführungsform untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 1
Es wurden für den erfindungsgemäßen Hohlfasermembranfilter gemäß Beispiel 1 und für den FX 60 Hohlfasermembranfilter gemäß Vergleichsbeispiel 1 Hohlfasermembranen verwendet, die aus der gleichen Produktion stammen. Diese Hohlfasermembranen stimmen in ihren Maßen bezüglich Durchmesser, Wandstärke, Porenbeschaffenheit und Materialzusammensetzung überein. Die Anzahl der Hohlfasermembranen in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 wurde so angepasst, dass die jeweiligen Hohlfasermembranfilter jeweils die gleiche Membranoberfläche von 1 ,4 m2 aufwiesen. - 24 -
Tabelle 2
Die Ergebnisse aus Tabelle 2 zeigen, dass die Clearance an sterilen und unsterilen Hohlfasermembranfiltern nach Beispiel 1 für Harnstoff und Vitamin B12 höher liegt als für den FX60 Hohlfasermembranfilter des Vergleichsbeispiels 1. Zudem weist das erfindungsgemäße Beispiel nur einen geringen Abfall der Hamstoff-Clearance nach der Sterilisation auf.

Claims

- 25 -
PATENTANSPRÜCHE Hohlfasermembranfilter (100) aufweisend ein zylindrisches (101) Gehäuse, das sich entlang einer Mittelachse (A) in Längsrichtung erstreckt mit einem Gehäuseinnenraum (102), einem ersten Endbereich (103) mit einem ersten Ende (104) und einem zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende, eine Vielzahl von Hohlfasermembranen, die in dem zylindrischen Gehäuse (101) angeordnet sind und im ersten Endbereich (103) und im zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses in jeweils einer Vergussmasse (105) abdichtend mit dem Gehäuse in jeweils einer Vergusszone (106) eingebettet sind, wobei die Enden der Hohlfasermembranen offen sind, so dass die Lumina der Hohlfasermembranen einen ersten Strömungsraum bilden und der die Hohlfasermembranen umgebende Gehäuseinnenraum (102) einen zweiten Strömungsraum bildet, erste Ein- oder Ausströmkammern (107), jeweils stirnseitig am ersten (104) und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses (101) und der Vergusszone (106) anschließend, die mit dem ersten Strömungsraum des Hohlfasermembranfilters in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils erste Flüssigkeitszugänge (108) aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den ersten Ein- oder Ausströmkammern (107) zu- oder abzuleiten, zweite Ein- oder Ausströmkammer (109) umgebend den ersten (103) und den zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses (101), die mit dem zweiten Strömungsbereich in Flüssigkeitsverbindung stehen und jeweils zweite Flüssigkeitszugänge (116) aufweisen, um Flüssigkeit in die/aus den zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) zu- oder abzuleiten, jeweils eine Abdichtung (110), die die ersten Ein- oder Ausströmkammern (107) von den zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) trennt,
Durchtrittsöffnungen (113) in den Endbereichen (103) des zylindrischen Gehäuses (101), die eine Flüssigkeitsverbindung zwischen den zweiten Ein- und/oder Ausströmkammern (109) und dem zweiten Strömungsraum bilden, - 26 - dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Endbereich des zylindrischen Gehäuses das Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen (113) zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer (109) zwischen 0,5: 1 bis 7: 1 , oder 0,75: 1 bis 5: 1 oder 1 : 1 bis 3:1 liegt. Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an dem zumindest einem Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101), in dem das in Anspruch 1 definierte Verhältnis der Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen (113) zum Durchströmquerschnitt der zumindest einen zweiten Ein- oder Ausströmkammer (109) vorliegt, die zumindest eine zweite Ein- oder Ausströmkammer (109) ausgehend von dem zweiten Flüssigkeitszugang zur Mittelachse (A) des zylindrischen Gehäuses (101) einen rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere einen Ringspalt, bildet. Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) den in Anspruch 2 definierten rotationssymmetrischen umfänglichen Raum, insbesondere den Ringspalt, bilden. Hohlfasermembranfilter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Endbereich (103), und optional der zweite Endbereich, unterteilt ist in einen proximalen Endbereich (103a), einen distalen Endbereich (103b) und einen zwischen dem proximalen und distalem Endbereich angeordneten Übergangsbereich (103c), wobei das eine Ende des distalen Endbereichs (103b) des ersten und/ oder zweiten Endbereichs (103) dem jeweiligen Ende des zylindrischen Gehäuses (104) entspricht, und der distale Endbereich einen Innendurchmesser aufweist, der mindestens 2% größer ist, als der Innendurchmesser des proximalen Endbereichs. Hohlfasermembranfilter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (113) am distalen Endbereich angeordnet sind. - 27 - Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen kreisförmig, oval oder schlitzförmig ausgebildet sind. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen auf vereinzelten und/oder gegenüberliegenden Abschnitten oder umfänglich am Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101) angeordnet sind. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchströmquerschnitte aller Durchtrittsöffnungen 10 bis 350 mm2, oder 15 bis 200 mm2, oder 15 bis 150 mm2, oder 20 bis 110 mm2 beträgt. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchströmquerschnitt der einen zweiten oder der beiden zweiten Ein- oder Ausströmkammern (109) 20 bis 50 mm2, 20 bis 40 mm2 oder 20 bis 25 mm2 beträgt. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die erste (107) und die zweite Ein oder Ausströmkammer (109) am ersten Endbereich (103) des zylindrischen Gehäuses (101) und die erste und die zweite Ein- oder Ausströmkammer am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses durch jeweils eine erste und eine zweite Endkappe (111) umschlossen werden. Hohlfasermembranfilter (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Endkappe (111) auf einem ringförmigen außenumfänglichen Vorsprung (112a) jeweils am ersten (103) und am zweiten Endbereich des zylindrischen Gehäuses (101) formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend anschließen. - 28 - Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Endkappe (111) entlang einer innenumfänglichen kreisförmigen Linie (110a) formschlüssig, insbesondere flüssigkeitsdichtend jeweils am ersten Ende (104) und am zweiten Ende des zylindrischen Gehäuses (101) anschließen. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zylindrische Gehäuse (101) in den Endbereichen (103) im Bereich der Durchtrittsöffnungen (113) einen
Innendurchmesser von 20 bis 45 mm, insbesondere 28 bis 45 mm, weiter insbesondere 30 bis 40 mm aufweist. Hohlfasermembranfilter (100) nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aspektverhältnis des Hohlfasermembranfilters (100) 8 bis 12, insbesondere 9 bis 11 , weiter insbesondere 9 bis 10, beträgt.
EP22729445.1A 2021-05-11 2022-05-10 Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften Pending EP4337373A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021112315.1A DE102021112315A1 (de) 2021-05-11 2021-05-11 Hohlfasermembranfilter mit verbesserten Trenneigenschaften
PCT/EP2022/062581 WO2022238374A1 (de) 2021-05-11 2022-05-10 Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4337373A1 true EP4337373A1 (de) 2024-03-20

Family

ID=82020023

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22729445.1A Pending EP4337373A1 (de) 2021-05-11 2022-05-10 Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften

Country Status (9)

Country Link
EP (1) EP4337373A1 (de)
JP (1) JP2024517456A (de)
KR (1) KR20240007190A (de)
CN (1) CN117279705A (de)
AU (1) AU2022273396A1 (de)
BR (1) BR112023023653A2 (de)
CA (1) CA3219399A1 (de)
DE (1) DE102021112315A1 (de)
WO (1) WO2022238374A1 (de)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8527694U1 (de) * 1985-04-27 1987-02-19 Akzo Gmbh, 5600 Wuppertal, De
DE10007327A1 (de) 2000-02-17 2001-08-30 Fresenius Medical Care De Gmbh Filtervorrichtung, vorzugsweise Hohlfaserdialysator mit gelockten Hohlfasern
DE102016224627A1 (de) 2016-12-09 2018-06-14 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Hohlfasermembran mit verbesserter Trennleistung und Herstellung einer Hohlfasermembran mit verbesserter Trennleistung
DE102017204524A1 (de) * 2017-03-17 2018-09-20 Fresenius Medical Care Deutschland Gmbh Hohlfasermembran mit verbesserten Diffusionseigenschaften
EP3388139A1 (de) * 2017-04-13 2018-10-17 Gambro Lundia AB Optimierter hämodialysator für die blutreinigung

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022273396A1 (en) 2023-11-30
DE102021112315A1 (de) 2022-11-17
BR112023023653A2 (pt) 2024-01-30
KR20240007190A (ko) 2024-01-16
CN117279705A (zh) 2023-12-22
CA3219399A1 (en) 2022-11-17
WO2022238374A1 (de) 2022-11-17
JP2024517456A (ja) 2024-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1218040B1 (de) Membranmodul zur hemodiafiltration mit integrierter vor- oder nachverdünnung des bluts
DE60120761T2 (de) Hämodiafiltration/hämofiltrations-patronen
EP1244480A1 (de) Hemodiafiltrationssystem
DE60033058T2 (de) Zweistufige kartusche zur hämodiafiltration
DE3641843C2 (de)
DE2827256C2 (de) Hämodialyse-Vorrichtung
DE3709432C2 (de)
DE60030885T2 (de) Filterkartusche für sterile flüssigkeit und verfahren zu dessen verwendung
EP2734287B1 (de) Filtermodul
DE3101159C2 (de) Verfahren zur Reinigung von Blut und künstliche Niere zur Durchführung des Verfahrens
EP3096809B1 (de) Dialysegerät mit einem dialysator
EP0791368B1 (de) Dialysator
DE102011008329B4 (de) Blutbehandlungseinheit für eine extrakorporale Blutbehandlungsvorrichtung
EP1227876A1 (de) Filter mit membranen aus hohlfasern
WO1998057733A1 (de) Membranmodul mit einseitig eingebetteten hohlfasermembranen
DE3634763A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur blutreinigung
EP4337373A1 (de) Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften
WO2022238373A1 (de) Hohlfasermembranfilter mit verbesserten trenneigenschaften
EP3185926B1 (de) System zur entfernung von proinflammatorischen mediatoren sowie von granulozyten und monozyten aus blut
DE3435883A1 (de) Dialysator
WO2023111251A1 (de) Hohlfasermembranfilter
EP3902578A1 (de) Dialysemaschine enthaltend eine vorrichtung zur aufbereitung von flüssigkeiten, insbesondere wasser, und verfahren zur überwachung der vorrichtung auf kontamination
WO2000057996A1 (de) Vorrichtung mit mindestens einer in form einer hohlfaser vorliegenden membran zum filtrieren von körperflüssigkeiten
DE102022114273A1 (de) Beschichtung von Hohlfasermembranen in der Medizintechnik
WO2022122584A1 (de) Membrangasaustauscher

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20231205

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR