JPS5921641B2 - プレ−ト型透析器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプレート間に膜が位置する膜を持ったプレート
型透析器に関する。

透析器は広い使用分野を持っている。

それらは溶媒を含んでいる液体の分離、とくにその中に
分子状に分散された微小物質からコロイドを分離するの
に使用される。

構造を変えれば、これらのプレート型透析器は例えば、
人工肺として液体と気体との間の交換に、例えば人工え
らとして気体の交換に、または流動し得る二つの媒体間
の熱交換器として物質交換または熱交換に、関与する媒
体を分離する膜を選択することによってそれぞれ使用す
ることができる。

プレート型透析器の特別の使用分野の一つは体外の血液
透析器としての用途である。

この場合は半透膜が糸球毛細血管の生理的フィルターの
役目をする。

浸透と拡散の法則によって一方では膜の片側に適用され
た血液フィルムと、他方では膜の他の側を通過する清掃
液の流れとの間で物質交換がその時打われる。

この人工腎臓としてのプレート型透析器の使用は現今で
は益々重要となりつつあり、そしてそのために今から血
液透析器に関して特に説明することとする。

しかしながら本発明の装置は血液酸素添加装置としての
使用および血液が関係しない他の用途に対する使用をも
企図するものである。

本発明の目的の一つは装置内を通過する血液および透析
液の流動特性を改善することによって拡散特性を改善し
た非常に簡単化された構造の透析器を提供し、そして製
作の容易さと信頼性を提供することによって既存のプレ
ート型透析器の欠点を取り除くことである。

本発明の他の目的は明細書から明らかとなるであろう。

基本的に本発明のプレート型透析器の場合は逆流型、向
流型または交差流型透析器であってもよい。

本発明の透析器はまた公知の型のプレート型透析器に使
用することもできる。

図面には本発明の好ましい具体例が例証されている。

この特定の具体例は米国特許第３７３０３５０号明細書
に開示しである透析器の改良であって、特にことわりの
ない限りこの特許の教示によって製作することができる
。

第１図はケーシングの製作の中間段階での本発明の透析
器の具体例の見取り図である。

第２図は第１図の透析器を製作完了後の一部断面を示し
た拡大部分側面図である。

第３図は第１図の透析器の製作完了後における一部を取
り去った全体の側面図である。

第４図は第１図の透析器に使用されているプレートとそ
の上に載っている膜との関係と、透析液と血液との典型
的な流路とを示した図である。

第５図は本発明の透析器に使用する好適なプレート構造
の平面図である。

第６図はプレートと、それと組合された膜との積層体の
見取り図である。

第７図は第６図の線７−７に沿ったプレート積層体の断
面図であって、わかりやすくするため各部分は垂直に少
し引き離して示しである。

第８図は第５図のプレートの一つの隅の部分拡大平面図
である。

第９図は本発明に使用する他の好適なプレートの具体例
の平面図である。

第１０図は第９図のプレートの縁の一部と、それに載っ
ている膜の部分との拡大見取り図である。

第１１図は第９図のプレートの一つの隅の拡大平面図で
ある。

第１２図は第１図の装置における血液マニホールドの形
状を示す拡大断面図である。

第１３図は第１図の装置におけるプレートを包蔵するた
めに用いられる外殻の内側隅の部分平面図である。

本発明のプレート積層拡散装置は高能率の拡散を発揮す
ることができ、それ故装置を通過する血液のような液体
はこの装置を一回だけ通過させることによって殆んど完
全に処理することが可能である。

本発明の装置は、プレート積層の表面に深さ０．５ ｍ
ｍまたはそれ以下の流路を形成するようになるために極
端に薄い血液通路を有するように設計することができる
からこのことが達成できるのである。

本発明の透析器はまた超薄膜を支持するのに適するよう
な形に構成することができ、これによって従来技術によ
る設計では達成できないような方法で拡散操作を促進す
る。

第１図乃至第９図の拡散装置を参照するに、プレートと
膜との積層体はアメリカ特許第 ３７３０７５０号明細書に総括性に記載されている方法
で組み立て、プラスチックで成型してつくることのでき
る中空外殻３０，３２０対の間に収容される。

外殻３０，３２は内側に室が形成されるように向い合わ
せ、二つの殻の間の分割線には一組のフランジ３４，３
６で囲繞する。

プレートと膜との積層体（その一部分が第６図に示しで
ある）を挿入する前に、プレート積層体を好ましくは１
平方センチ当り１４乃至２８ｋｇの圧力で圧縮し、対向
する後側から有意義量の液が通過するのを防止するため
プレートと、その間の膜端の対向する後側とが一所に圧
縮されるようにする。

上記圧力値は長さ約１２ｃｒｎ１巾約６ｃｒｎ、厚さ約
１ｍｍのポリスチレン製の長方形プレートに、厚さ約１
０ミクロンの超薄膜を接した場合に特に有効である。

上記の寸法等がかなり変ったときは、上記の所望の効果
を達成するのに最適な圧力もそれによって変化する。

この積層体は典型的には約１００乃至１５０の別々のプ
レートとそれを覆う膜からなっている。

比較的厚い圧力プレート３７を好ましくは加圧工程の前
にプレート積層体の両端に置き、プレートを保護すると
同時にその位置を定め、そして加圧工程において該積層
体に加わる圧縮力と、その後は前記容器による圧力とを
均等に分布させるようにする。

プレートおよび膜の積層体の加圧工程の後に、それらは
圧力プレート３７と一所に中空外殻３２：３４の内側に
収容され、そして外殻はフランジ３４．３６が互に第１
図に示すように接触して対向するように圧力下に合体さ
れる。

密封のためにマニホールド室４４とそれに対応する出口
側マニホールド室のまわりに溝とＯリング３５（第１図
および第１２図）が設けられる。

フランジ３４，３６はその後どんな慣用手段によっても
シールすることができる。

フランジの周縁部を包囲し、そしてそれらを強固な隣接
関係に永久に結合させるために、フランジ３４，３６の
周縁部にプラスチックの枠３８（第２図および第３図）
を射出成型して形成するのが好ましい。

フランジ３４，３６には、成型した枠３８が密着関係を
保つように隆起４０が設けられる。

典型的には透析器のほかの側にも別の隆起の組（図示せ
ず）が設けられる。

典型的には血液は出入口４２から第１図の装置に入り、
そしてプレートの傾斜したマニホールド領域４６（第６
図、これはアメリカ特許第３３７０３５０号明細書第３
図に示しである連結室１０と同じ役割をする）を通り積
層したプレートと膜の側縁表面に沿ってマニホールド室
４４（第１２図）から分布される。

マニホールド室４４は、すべての方向において人口４２
から離れるに従ってその深さが小となり、プレート５２
を所定位置に固定するスペーサー突起５０のところで終
る。

その代りに室４４の外側は、外殻３０゜３２を血液が入
口４２から入って圧力が加わったとき少し膨張し得るよ
うに十分可撓性とし、プレト５２に実際接触させること
もできる。

このようにすることの利点は装置中に含まれる血液量を
絶対的に最小とすることであって、このことは望ましい
ことである。

そうでなければ室４４の最小深さは圧力が加わらない条
件下で１７１！ｍかそれ以下とすることである。

入口４２からの距離に応じてマニホールド室４４の深さ
を小さくして行くことは、またプレート５２０両側を横
切る血液または他の液体をプレート間の液体通過所望量
に対応するような態様に分布させることにも役立ち、装
置内において最小量の血液をもって流量の均一性を改善
することとなる。

マニホールド室４４からの血液または他の液体の流量は
、マニホールド室がすべての方向に均一なカーブを形成
し、該カーブが下式で表わされる曲線に一致するときは
それはマニホールド室における血液量の最小値と結びつ
く。

ｄ（第１２図）は液体入口４２０周壁４５から放射上に
延長し、室４４０周縁４７の延長線と垂直に交わる線４
３に沿った任意の点における室４４の深さである。

ｄｏ は壁４５の直下におけるマニホールド室の深さに
出入口４２０円周を乗じたものである。

Ｓは前記線４３に沿い壁４５から測定した距離、Ｓｏは
壁４５からマニホールドの周縁４７までの線４３に沿っ
た全距離、そしてＣは周縁４７におけるマニホールド４
４の深さの所望の最小値である。

Ｃはここに説明している型の特定透析器については好ま
しくは約０．５乃至１間である。

ｄｏ は好ましくは０．５ ｃｙｓｔで、Ｓｏは１２ｃ
ｒｒＬ×６ｃｆｒＬｘ１ｍ７１１のポリスチレンプラス
チック製のプレート約１１８枚と、それに隣接する約１
０ミクロンの厚さの超薄膜を使用した透析器においては
約３ｃｒｆＬが好ましい。

マニホールド室４４からの血液はプレートに隣接する対
向する膜間を通過し、そして外殻３２によって形成され
るマニホールド室に集められる。

このマニホールド室は室４４と構造は殆んど等しい。

血液は出口５４から装置外へ取り出される。透析液（ま
たは装置を血液酸素添加装置として使用しようとする場
合は酸素）は入口５６から装置内へ入り、さらにプレー
ト５２の積層体の終端まで透析液を分布させるためのマ
ニホールド空間６０（第３図、第１２図、第１３図）に
入る。

そして透析液はプレート人口６２を通過する。

プレート人口６２は各プレートの裏側に形成された溝か
らなり、それぞれのプレートの終端６４に向って開いて
いる。

そこで透析液は封止ショルダー６６を突破することなく
プレート積層体中を通過する。

入口６２は封止ショルダー６６を通じプレートの終端の
適度の封止を確保するに十分な距離だけ延長している。

孔６８が各プレート５２を貫通し、入口６２と流路７０
との連続部の役割をする。

流路７０はプレートの一側を通過して透析液が分布する
ため各プレートの表側に刻まれた溝である。

透析液は次に流路７０から側面７２を横切って２番目の
流路７４（第５図）へと通過し透析液が集められる。

２番目の流路７４は出口アロと通じており、これは構造
上人口６２および孔６８と同一とすることができる。

第５図に見られるように、めいめいのプレート５２は各
プレートは最初の条件下では対称的であり、流路溝７０
および７４の両端においで外部に通じている出入口を持
っている。

このことは非対称プレートを面と面とを向い合わせると
きに要するほど正確に組立てるのに努力を要することな
く面と面とを向い合わせて組立てることができるので、
プレート積層体の組立てが単純化される。

プレートが積層体に組立てられた後、流路溝７０．７４
の各々の２番目の開いでいる終端７８は、溝７０，７４
が出入口６２および７６のところだけで開いているよう
に第２図の７８ａのところで熱棒でヒートシールするか
、その他の方法でふさぐ。

このヒートシール工程は例えば前述したプレートの圧縮
工程の後、プレート積層体を外殻３０．３２内に収容す
る前に行われる。

プレート５２の各終端には小さい支持板７９を置き、プ
レートの各終端にある透析液マニホールド空間６０が外
殻を密封する枠３８を形成する射出成型工程中に生ずる
圧力によりつぶれて了りのを防止するようにする。

第４図にはプレート５２を横切って進行し、膜３９によ
りプレートから分離されている血液流４９の進路が図解
的に示されており、一方透析液流の進路８０は入口６２
によりプレート内へ入り、そして前述した通りに移動す
ることが示されている。

プレート５２の側面７２は第８図に示されており、典型
的には一般に高さ０．０５乃至０．５ ｍｍのピラミッ
ド構造である直立する突起８２の列からなっていること
を示しである。

例えばＯ，１５ｍｍの突起８２はプレートの大部分を覆
う。

好ましくは突起の列は交互に隣接する列に対して側方へ
ずらし、血液と透析液とがプレート面を横切って通過す
るときゆるやかにかきまぜられるのを改善するため透析
液通路溝７０．７４間を走る十字形に交る溝８３中を血
液と透析液とが流れるようにする。

これらの突起の中心は列間の距離Ｄ１ を約０．３乃至
１．５ｍｍとして配置し、プレート表面を横切る血液流
８１の一般方向を横切り、一般的に流路溝７０．７４に
平行な方向の列を形成せしめて狭い溝８３を形成せしめ
る。

これによる利点はとくに厚さ２０ミクロン未満の超薄膜
を使用した場合、非常に多数の小さくて近接して配置し
た突起は、膜が破れたり、突起間の流路溝に垂れ下るの
を防止しながら薄い膜を支持スるのに適当であるという
点である。

このように前述のプレート構造は超薄膜の使用を可能と
するから膜の両側を通過する液体間の拡散率は実質的に
もつと厚い公知の慣用拡散膜を上廻って著しく改良され
る。

プレート５２を横切る流動抵抗は血液流方向８１に平行
に延長している列での突起の中心間の距離を前述した横
断列における間隔よりも大きくとって配置することによ
って減少される。

この間隔Ｄ２は典型的には間隔Ｄ１の約２乃至３倍、す
なわち約０．５乃至５ｉＬ好ましくはＤｌの約３倍であ
る。

好ましくはＤｌの間隔は０．５ ｍｍで、一方好ましい
Ｄ２０間隔は１．５ｍｍである。

ピラミッド型の突起８２は第８図に示すように、典型的
には長軸が約０．５ ｍｍの長さで、短軸が約０．２乃
至０．３籠の長さである。

透析膜は膜の引張られる方向における突起間の中心から
中心までの間隔が膜の引張り方向に垂直な突起間の中心
から中心までの間隔よりも大きいような方向へ引張られ
てプレート５２と突起８２とを横切って置かれる。

換言すれば、血液透析器にはセルロース系の膜であるこ
とが典型的である膜は、８１の方向に一般的に平行な方
向にゆるやかに引張゛りながらプレート５２上に置かれ
る。

上述のように方向８１に垂直な方向における突起の間隔
は８１の方向における突起間隔の約３分の１の距離であ
る。

このようにすることの利点はセルロース系透析膜および
その類似物は、それを濡らしたとき拡張する傾向があり
、そしてその引張られた方向に垂直な方向への伸びは引
張り方向におけるよりも大きいということである。

もし濡れた膜の拡張の程度が太き過ぎると、それは垂れ
下って突起８２間の透析液流路８３をふさぐこととなる
。

このため突起８２はこの膜のたるみの増大した度合に対
処するように８１の方向に垂直に一層近接しで配置され
る。

もし膜をプレート上で８１の方向に対して横の方向に引
張るとすれば、突起８２０間隔は限度以上のたるみを防
止するために適当に修正することが可能である。

峰８４が隣接するプレートの面の対応する峰と一致する
ように位置し、間隔を保つ部材としての役目をし、対面
するプレート上の突起８２がプレート積層体の圧縮工程
中に互に潰し合うことのないようにする。

第１３図は外殻３０，３２０内部の一部を示している。

透析液入口管５６は入口部の適当な収容場所の位置に溶
剤で接着されている状態を示している。

間隔をとるための峰５０がプレートを均一な態様に配置
する位置にあることを示している。

第９図乃至第１１図には別のプレートの具体例８５が開
示されており、その側面は突起８６（第１１図）より構
成されている。

プレート８５は前のプレートと同様に一対の封止ショル
ダー８８を持っているが、しかし第８図に入口６２とし
て示したものと同様にプレート８５の後側に形成された
溝であるところの透析液入口９０をいくつか持っている
。

孔９２は孔６８に相当し、４本の透析液通路溝９４が透
析液を送り、プレート８５上の突起８６によって形成さ
れる十字状に交叉する溝８７に垂直に延長している。

溝９４は各プレートとそれに付属する膜との間の空間に
透析液を均一に分布させるため異なった長さとする。

この配置により入口９０より遠くのプレート８５上の地
域に対しても適量の透析液の供給が確保される。

所望ならば、突起８６は第８図に示したような配置とす
ることもできる。

対応して複数の出口溝９６を設け、液がプレートからプ
レート８５の背部に形成された出口１００と通じている
孔９８により送り出され、液が封止ショルダー８８によ
って形成されたシールを突破することなく外部へと送り
出されることを可能とする。

歯状構造１０２が血液に対してのマニホールド室を提供
するための手段としてプレート８５０片側に設けられる
。

血液は前に述べたように付属する膜と膜の間（その一方
が第１０図に膜１０６として示されている）を通ってプ
レート８５を横切って移動し、プレート８５の他側から
対応して排出される。

この具体例では隣接して向い合うプレートの歯状構造１
０２が互に対し反対側に位置する。

従って１組の歯１０２は血液の入口側マニホールドの役
目をし、一方他のプレート上の他の組は出口マニホール
ドの役目をする。

支持峰１０８は峰８４（第５図）と同様に対向関係にあ
るプレート上の突起８６が圧潰されるのを防止する役目
をする。

前記は本発明を例証するためにのみの目的で提供された
もので、特許請求の範囲において規定された本発明を限
定するものと考えるべきではない。

次に本発明の実施態様を列記する。

（１）別々に分離されたプレートを横切る流路は一般的
に互に平行でありそして向流である特許請求の範囲１の
装置。

（２）突起の列は交互に隣接する列に対し横方向に転向
せられており、該グレートを横切って一般的に十字に交
叉する流路を形成されている前記（１）項の装置。

（３）前記膜は透析膜であって一方向に引張られて前記
突起上にプレートをまたいで設置されていて、引張り方
向に一般的に合致する突起列の中心間の間隔は一般的な
引張り方向に垂直な突起列の中心間の間隔よりも犬であ
って、濡れたとき膜が前記垂直方向に余分にたるむのを
防止してプレートを横切る流動抵抗を低くすることを可
能にするようにした前記（２）項の装置。

（４）前記一般的な引張り方向の列における突起間の間
隔は前記一般的な引張り方向に垂直な列における突起間
の間隔より少なくとも２倍大であり、そして前記一般的
な引張り方向は流路溝の一般方向に対して縦方向である
前記（３）項記載の装置。

（５）前記膜は厚さ２０ミクロン未満であり、前記突起
は前記引張りの一般方向に垂直な列で０．３乃至１．５
ｍｍの間隔で離れている前記（４）項記載の装置。

（６）前記プレート積層体は比較的厚い圧力板の一対で
はさまれ、該積層体上に圧縮力を均等に分布させるよう
にした前記（４）の装置。

（７）プレート積層体はそれを包蔵し合う一対の中空外
殻の中に包蔵され、該外殻はそれぞれに互に密接する周
縁フランジが形成されており、そして該フランジのまわ
りの枠部材によって該フランジが強固な密着関係に固着
されている前記（６）項の装置。

（８）前記中空外殻にはそれぞれに周辺壁を持った中心
出入口と、前記プレートを横切る液体を導く手段となっ
ている周縁を持っているマニホールド室とが設けられて
おり、該マニホールド室は勾配を持った深さを持ってお
り、該マニホールド室の深さは該周辺壁から延長して前
記周縁と垂直に交わる放射状の線のほとんどすべての点
において下式で表わされる前記（７）項の装置。

式中、ｄｏ は周辺壁直下のマニホールド室の深さに前
記中心液体出入口の円周を乗じた値、Ｓは前記中心液体
出入口から測った前記放射状線の一点の距離、Ｓｏは前
記放射状線に沿って前記液体出入口の周辺壁から前記マ
ニホールドの周縁までの全距離、そしてＣは前記周縁に
おける該マニホールド室の最小深さである。

（９）前記プレートはその前側に対立する側縁において
封止ショルダーを有し、前記直立する突起は該ショルダ
ー間においてプレート上に設けられており、各プレート
の前側は該封止ショルダー間にあるプレートの縁付近の
対立する終端において折り返された膜によって覆われて
いるため対立する膜終端は該プレートの後側に隣接して
載置され、プレートは隣合うプレートと面と面、背と背
の関係に配置され隣合うプレートの後側間で襖縁を挾持
しそして前記ショルダー間に襖縁を挾持するようにし、
そしてプレートとそれに付属する膜との間の流体流路溝
を通ってプレートを横切る流体を導びくための第一のマ
ニホールド手段を持ち、プレート上の面と面とが向い合
っている膜の間を流体を導びく第二のマニホールド手段
とを持っている前記（７）項の装置。

（１０）前記プレートにはその各繰返く前記封止ショル
ダー間において前記流路溝の方向に垂直に延長しそれと
通じている複数の溝が設けられ、政情は長さを異にしそ
してその膜終端が該封止ショルダーを通ってプレートの
縁と通じていて各プレートとそれに付属する膜との間の
空間に流体を均一に分布し得るようにし、そして同様に
流体を集め封止ショルダーを通し装置外へ運ぶようにし
た前記（７）項の装置。

０υ プレート上の膜を横切る流路は一般的に前記一方
向にほぼ等しい特許請求の範囲２の装置。

（１２）前記突起は前記横方向におけるよりも少なくと
も２倍離れて前記一方向に列状に間隔をとって配置され
ている前記Ｕυの装置。

０３）膜はセルロース系材料である前記（１２）項の装
置。

（１４）各プレートはその前側に対立する側縁において
封止ショルダーを有し、前記直立する突起は該ショルダ
ー間においてプレート上に設けられており、各プレート
の前側は該密止ショルダー間にあるプレートの縁付近の
対立する終端におにて折り返された膜によって覆われて
いるため対立する膜終端は該プレートの後側に隣接して
載置され、プレートは隣合うプレートと面と面、背と背
の関係に配置され隣合うプレートの後側間で襖縁を挾持
しそして前記ショルダー間に襖縁を挾持するようにし、
そしてプレートとそれに付属する膜との間の流体流路溝
を通ってプレートを横切る流体を導びくための第一のマ
ニホールド手段を持ち、プレート上の面と面とが向い合
っている膜の間を流体を導びく第二のマニホールド手段
とを持っている前記０３）項の装置。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の装置の製作の中間段階の見取り図、第
２図は該装置の一部の拡大側面図、第３図は全体の側面
図、第４図は該装置に収容されるプレートと膜との関係
を示す見取り図、第５図は該プレートの一具体例の平面
図、第６図はプレート膜の積層体の見取り図、第７図は
該積層体の断面図、第８図はプレートの隅の拡大平面図
、第９図はプレートの他の具体例の平面図、第１０図は
該プレートと膜とつ関係を示す見取り図、第１１図は該
プレートの隅の拡大平面図、第１２図は血液マニホール
ドの拡大断面図、第１３図は本発明の装置の内側隅の部
分平面図である。 図面において６４がプレート、３９が膜、３０゜３２が
外殻、３４，３６がフランジ、３８が枠部材、４２，５
４が血液出入口、５６，５７が透析液出入口、４４が血
液マニホールド室、６ｏが透析液マニホールドである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のプレートとその上に載置された膜との積層体
   よりなり、該プレートは流路溝を形成するように間隔を
   置いた等高の突起の複数列を有し、該プレート上の膜は
   該突起上で選択的に一方向に引張られており、該一方向
   での該突起の中心間の間隔は、該一方向に直角な方向に
   おける該突起の中心間の間隔よりも犬であることを特徴
   とする透析器の如き拡散装置。 ２ 複数のプレートとその上に載置された膜との積層体
   よりなり、該プレートは流路溝を形成するように間隔を
   置いた等高の突起の複数列を有し、該プレート上の膜は
   該突起上で選択的に一方向に引張られており、該一方向
   での該突起の中心間の間隔は、該一方向に直角な方向に
   おける該突起の中心間の間隔よりも犬であり、かつ該プ
   レートの前記突起の複数列が形成された側面には、前記
   膜が選択的に引張られる前記一方向と直交するプレート
   の一縁に沿い、該プレートの一縁を横切りプレート表面
   と該プレート縁に接する外部との間を連通ずる流路を形
   成するように該プレートの一縁に沿って設けられた各々
   が該−縁と直交する方向に延びる間隔を置いて突出する
   歯状突起の列が設けられ、各プレートの前記歯状突起に
   は前記膜が載置されそして膜によって取り囲まれ、それ
   によって該歯状突起を通って各プレートを横切って流れ
   る血液は、該プレートに載置された膜によってプレート
   から隔離されることを特徴とする透析器の如き拡散装置
   。