JPS60500006A

JPS60500006A - 伝達膜装置

Info

Publication number: JPS60500006A
Application number: JP84500123A
Authority: JP
Inventors: ベルハウス　ブリアン　ジヨン
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-12-07
Filing date: 1983-12-07
Publication date: 1985-01-10
Also published as: DE3372846D1; AU2336684A; JPH0557871B2; WO1984002275A1; US4636309A; EP0111423A1; ATE28727T1; EP0111423B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】伝　達　膜　装　置本発明は、通常少なくとも一方が流体であるような２つの流体間で伝達膜を介して熱または質量の伝達を行なう装置に関する。このような装置は血液オキシジェネータや透析器において使用されるが、この場合、一方の流体は血液で、他方の流体は酸素または透析液である。実際、膜を横切る伝達の効率は流体の全一体積がどの程度膜と接近しうるかにより制限され英国特許第１，４４２，７５４号明細書には、複数のコンジットのうちの１つの中で流体にさらされる膜表面が規則正しく繰返すくぼみ列を有し、該コンジットを通る流体の平均的流れにくぼみにおける流体の濃混合を促進する脈動流成分が重なるごとき装置が記載されている。

少なくとも一方にくぼみが形成されている２枚の接近して設けられたほぼ平らな伝達膜シートの間で渦による混合が生じるごときコンジットを提供することが提案されている。ここで提案されているくぼみは流体の流れ中の脈動流成分に対して横切る方向に延びる溝である。この溝は膜に孔をあけるか、またはコンジット内の流体により膜を初めに伸長させて作成する。膜は支持プレートに抗して外側より支持される。この場合、第２の流体のためのコンジットは膜と支持プレートの間に設けられる。渦による混合が促進され、断面の小さい首部と連結される断面の大きい球根状部を有する軸対称のチューブ状コンジットの形状をしたコンジットの提供はいくつかの利点を与える。しかし、このようなチューブ状コンジットは装置への取付けが困難である。英国特許第２．０４２，９２８号明細書には、少なくとも一方が伝達膜物質よりなる２枚のシートを、隣りあうラインの起伏が互いに位相を異とするように、互いに並んでほぼ同一方向に延びる一連の折りたたまれたラインに沿って互いにシールすることによりチューブ状コンジットの集合列を作成する技術が記載されている。この技術はほぼ平面状のコンパクトなコンジットの巣状列を与える。各コンジットの球根状部は隣りあうコンジットの首部の間に位置する。しかし、デリケートな伝達膜物質を例えば熱によりシールする際、種々の問題が生じてくる。また、幅狭の隙間がシールライン付近のコンジットの側部に沿って形成されやすくなり、血液が集まったり凝固したりする場所ができてくる。

本発明によれば、質量もしくは熱伝達装置またはフィルタ装置に使用される伝達膜装置が、一方のプレートのプロフィール表面がもう一方のプレートの同様なプロフィール表面と対面するように離間して設けられた一対のほぼ平行なプレートと、該一対のプレートの間に向いあって接近配置された伝達膜物質よりなる一対のシートを含み、各シートは隣接するプレートのプロフィール表面によって支持されるとともに該プロフィール表面内に部分的に収まり、前記シート間に第１の流体のためのコンジットが提供され、シートと隣接プレートとの間に第２の流体のだめのコンジットが提供され、それによって使用の際には各シートはもう一方のシートと対面するその表面に緊密にパックされたディンプルの規則正しい列を与えるように構成されている。ディンプルの各々は他方のシートの向様なディンプルと対面するのが好ましい。

惹くへきことに、このような幾何形状は２つのシート膜の間のコンジット内に極端に良好な流体ダイナミクスを与える。特にシート膜は少なくともわずかに、大部分の領域に亘って離間して配されているので、流体抵抗が小さく、コンジットを通る流体の平均的流れに重なる流れの小さな脈動流成分によりディンプル内にて適鳥な渦による混合が促進される。液体の滝れ率に乱れがあり、すなわち　１５０００以上のレイノルズ数を持つ装置と比較すると本発明の装置によれば質量伝導率が３倍効果的となる。流体が血液のとき、シート膜のはっきりしたスペースはほぼ全領域に亘って、血液の淀み及び凝固か生しるような場所を最小にする。

この装置は主として質量または熱伝達のために設計されているが、例えば従来の伝達への適用の場合における圧力より大きい圧力を加えた液体によって小さな血球及び血漿をろ過するためのフィルタ装置に適用することも可能である。本発明は、従来の血液フィルタ装置で小さな血球がフィルタを通過することを防止する濃淡分極と関連する問題を克服する。このような装置では、１枚のシート膜が内部にプロフィールを有するチューブ状支持体の内側に設けられ、シート膜に形成されたディンプルは支持体のプロフィールをなすくぼみと同様となっている。

好ましい構成においては、各伝達膜のディンプルが第１のコンジットを通る平均流の方向に沿って互いに並ぶ列をなして延びるように設けられ、各列内のディンプルは隣りの列のディンプルと横方向に巣状となるように隣りの列に対してディンプル間距離の半分だけ長さ方向にずれている。この構成は、支持プレートのプロフィール表面に、隣りあうリブの起伏が互いに異なる位相となるようにコンジットに沿って延びる屈曲したリブを設けることができることを示唆する英国特許第２．０４２，９２８号明細書に開示されている構成と似ていることがわかる。

なお、このような屈曲したリブを有する支持プレートの１作成はモールド等の方法で行なわれ高価となる。

実際には、プレートのプロフィール表面はシート膜のディンプルと整列する部分的に球状のくぼみをドリルによりまたはその他の方法で成形すれば十分であることが分かった。各支持プレートの部分的に球状のくぼみ内に各シート膜が部分的に収゛まるごとにより、支持プレートのあるくぼみが別のくぼみをシールするのを防止するべく、プレートのくぼみは浅い溝で相互連結されているのが好ましい。これによって、第２の流体の自由な通過が可能となり、くぼみが長手状の列をなすときは、溝は各列に沿っであるくぼみと次のくぼみを好ましく相互連結する。これによって第２の流体が第１の流体と反対向きに通過することが可能となり、シート膜は部分的に溝内に収まり、シー１）膜間のコンジットを通る流体のためにほとんど制限のない通路を与える。横方向に延びる溝は列を横切って設けられ、列の１つのくぼみの妨害によって生じる列に沿った淀みを防止する。

各膜のディンプルは１例えば膜がポリプロピレンのごとき熱可塑性物質よりなるときは、熱及び圧力を利用して、膜を型により打出して形成することができる。

また、装置を最初に組立てたときに圧力を加えた加熱液体を用いて、膜を支持プレートのプロフィールに部分的に押しつけるようにして伸長成形しても良い。

上記の構成は、特に血液がシート膜間の第１のコンジットを脈動流により通過する第１の流体であり、酸素が血液と反対向きで第２のコンジットを通る第２の流体であるような血液オキシジェネータに有用である。実験により、血液が通常にローラ・ポンプで潅流されるとき酸素及び二酸化炭素は約２００＋ｗ　ｌ　ｍ　ｍｉ　ｎ−’・１２で伝達されることが示された。反対向きの脈動流、すなわち重なりあった脈動流成分が各サイクル毎に血液の流れを平均的流れと反対の方向にさせるのに十分であるとき、気体の伝達は４５０ｍ　ｌ　ｍ　ｗｉｎ−’・■ −２まで増加する。これはここで示した他のあらゆるタイプの装置で得られるものより優れた気体伝達である。上記した気体伝達率は０．５ｍ■離れたシート膜で得た。

以下本発明による伝達膜を組込んだ装置の一例を添付図面を参照して説明するが、これらの図面において、第１図は上記装置の拡大した断面側面図。

第２Ａ図は本発明によるアセンブリの膜の平面図、第２Ｂ図は上記装置に使用されるプレートの平面図、第３図は膜の一部をより詳細に示す平面図、第４図は膜のための支持プレートの一部をより詳細に示す平面図、第５図はプレート間に膜を備えた第１図に示す装置の一対のプレートの詳細断面図である。

第１図に示す装置は人工肺の一部を形成するもので、入口２及び出口３を備えた矩形ハウジングｌを有している。血液はこの人’０２及び出口３を介してハウジンング１を出入りする。ゴム製シール部４”を有し壁により分離されたマニホールド４は、ポリプロピレン微孔質膜６により形成されるＵ字状コンジット５のスタックに血液を供給することを可能にする。膜６は、スタックされ間隔をおいて配された複数のプレート７の間及びそれらの前部付近の折りたたまれた通路に設けられている。各プレート７はポリカーボネートより射出成形され、テーパのついた前端部８を有している。この前端部８は、膜６によりプレート７間に形成されたＵ字状コンジット５に対して、整形された入口部及び出口部を提供する。

第４図及び第５図により詳細に示すように、各プレート７には部分的に球状の複数のくぼみ９が形成されており、これらのくぼみ９はプレートの前部付近の位置からプレートの後部より十分離れた位置まで列をなして延びている。第２Ｂ図及び第４図に示すように、隣りあった列にあるくぼみ９は緊密にパックされ、隣りあったくぼみは、隣りの列が列内の隣接するくぼみの中心間の距離の半分だけずれた状態でほぼ等間隔に離間している。各列に沿ったくぼみ９は、該くぼみ９と同じ深さに形成された溝１０によって連結されている。簡潔化のために、第１図では上方の一対のプレートにしかくぼみ９は示されておらず、またこれらのくぼみは概略的に示されている。第４図及び第５図はくぼみ及び溝の形態をより大きいスケールでより正確に示している。

酸素を溝ｌＯ及びくぼみ９に供給するために、マニホールド孔２０が第２Ｂ図に示すように各プレート７の前方端に形成されている。溝１０’はマニホールド孔からスロワ）１０の前方端に酸素を供給し、一方、溝１０“はプレート７の後部を横切ってＵ字状コンジットの両サイド間に酸素を供給する。

Ｍ６は第１図に示すようにプレート７の間の折りこまれた通路に設けられ、各コンジット５は第２図に詳細に示すようにＵ字状をなしている。第２図は膜６により形成されるコンジットの一方側を示す平面図である。膜６はゴム製ガスケットによりプレート間に支持される。ガスケットば２つの膜の部分を押圧し、これらの部分を圧搾してシールを形成する。１１．１２はコンジットを形成するシート膜６の両端の折りたたみラインであり、膜６はプレートのスタックの前部及び後部にてこれらのラインのまわりにそれぞれ折りたたまれている。第２図の矢印Ｂは、各対のプレート７の間に設けられている膜６の２つの重なりあった領域により形成されるコンジットの血液の入日及び出口マニホールドからの又はこれらのマニホールドへの流路を示す。長手状に延びる領域１３において、膜にはコンジットから外側に向かう小さな複数のくぼみ（ディンプル）！４が形成されている。これらのディンプル１４は、プレート７のくぼみと同様、′長手状に延びる列をなすごとく設けられている。隣りあう列はディンプルの中心間の距離の半分だけそれぞれずれている。ディンプル１４は膜が折りたたまれプレート７とともにスタックされる前に該膜に形成されるのが好ま１−７いが、膜が熱可塑性物質により構成されるときは、膜がくぼみ９内に伸長してディンプルを形成するように最初のアセンブリングの後に例えば熱水を圧力下でコンジット中を通過させることにより、平らな膜から形成可能であることがわかる。

長手状リブ１５はディンプルが形成された隣接する長手状部分１３を分離する。

一方、膜の中央には幅広のリブ１６が形成されている。コンジットの各サイドを形成する膜６の２枚のシート部分は、血液のためのほぼＵ字状通路を形成するようにリブ１６に沿って互いにシールされる。各プレート７はリブ１６とほぼ同じ長さの対応リブ（図示せず）を有しており、隣りあうプレートの対向するリブはリブ１６に沿ったシールを形成するように対向するリブの間にて膜を圧搾する。

コンジットの各側部１７も同様に、隣りあったプレート７の対向する側部の間にてシールされ、コンジットの端部がシールされる。

第２図の矢印Ｏで示すように人工肺を通る酸素の流れは各コンジット５のまわりのＵ字状通路に従い、酸素は、孔２０から供給され、溝１０’　、ディンプル１４の下側を通り、更にくぼみ９及び溝１０を通り、そして溝１０″を通ってくぼみのないコンジット部分１８を横切り、他方側の同様な通路を通って戻る。酸素は適当なダクト（図示せず）を介して孔に供給される。

図示の例では、膜６のディンプル１４及びくぼみ９は、第５図に示すようにディンプル１４の一部がくぼみ９内に延びるごとく互いに整列して設けられている。

ディンプルＩ４とくぼみ９の各々はほぼ１．５ｍｍの径を有し、ディンプル１４は０．５■の深さ、くぼみ９は１ｍ＋ａの深さを有し、溝ｌＯはＱ、５＋ｓｍの幅とくぼみ９と同じ深さすなわち１ｍｍの深さを有する。プレート７のくぼみが形成されている部分は０．５ｍｍ離間している。

使用時には、血液は、好ましくは例えば一対のロール−ダイアフラム・ピストンポンプ（ｒｏｌｌｉｎｇ−ｄｉａｐｈｒａｇｍｐｉｓｔｏｎ　ｐｕ＋ｓｐｓ　）により脈動流で人工肺ニ送す込マれる。このピストンポンプは各マニホールド内に設けることができ、人工肺内に振動血流を生じさせるために互いに逆相で作動させることができる。このようにして血液は、折りたたまれた膜６により形成されたコンジット５を通って複数のＵ字状通路内を流れる。血液はコンジット５中を平均流速で流れるが、重畳した往復成分は血液を交互に加速、減速し、これによって血液の良好な混合及び血液と伝達膜の間の良好な接触を促進するべく渦を生じさせる。同時に酸素は／＼ウジングを通って血液の澄れとは反対方向に一定流で、膜とプレート７により・形成されたコンジット５の間のＵ字状通路内に送り込まれる。この酸素の逆方向の流れはコンジットのＩＩＩ壁を介する良好な伝達を生じさせる。

Ｖｌ　ワ産姿、Ｆ、！、；；、二背Ｗ　ｔｒ　Ｉ　’。

ｊ１俵顯６Ｏ−５００００Ｇ（５）へ１丁　１−　＜１’：　ＩｊＩ−２Ｃ５Ｃ’よＬ／手続補正書（方式）昭和５９年１１月１日特許庁長官　志賀　学殿１　事件の表示ＰＣＴ／ＧＢ　８３１００３２４２　発明の名称伝達膜装置３　補正をする者事件との関係　特許出願人名称　ベルハウス　プリアン　ジョン４代理人住所　〒１０５　東京都港区西新橋１丁目５番１２号タンパビル６　補正の対象図面翻訳文の第３図７補正の内容図面翻訳文の第３図（内容に変更なし）を別紙のとお昭和５９年８月７日特許庁長官　志賀　学殿１　特許出願の表示ＰＣＴ／ＧＢ　８３１００３２４２、発明の名称伝達膜装置３特許出願人住所　イギリス国、オツクスフォードンヨー、オーエックス５２ニスキユー、イスリップ、ノースストリート、サ　ロッジ（番地なし）氏名　ベルハウス　プリアン　ジョン国籍　イギリス国４代　理　人住所　〒１０５　東京都港区西新橋１丁目５番１２号タンパビル１９８４年　６月１１日６　添付書類の目録補正書の翻訳文　１通請　求　の　範　囲１、質量もしくは熱伝達装置またはフィルタ装置に使用される伝達膜装置であって、一方のプレートのプロフィール表面がもう一方のプレートの同様なプロフィール表面と対面するように離間して設けられた一対のほぼ平行なプレート（７）と、該一対のプレートの間に向いあって接近配置された伝達膜物質よりなる一対のシート（６）を含み、各シートは隣接するプレートのプロフィール表面によって支持されるとともに該プロフィール表面内に部分的に収まり、前記シート間に第１の流体のための第１のコンジット（５）が提供され、シートと隣接プレートとの間に第２の流体のための第２のコンジットが提供され、各シートはもう一方のシートと対面するその表面に緊密にバックされた永続的に小さなくぼみ状をなすディンプル（１４）の規則正しい列を与え、各ディンプルはもう一方のシートの同様なディンプルと面するとともに実質的にこれらと整列し、これによって、使用の際、第１の流体が脈動流で第１のコンジットを通過するとき、濃混合が前記ディンプル内で生じることを特徴とする伝達膜装置。

２、各伝達膜のディンプル（１４）が第１のコンジット（５）を通る平均流の方向に沿って互いに並ぶ列をなして延びるように設けられ、各列内のディンプル（１４）は隣りの列のディンプルと横方向に巣状となるように隣りの列に対してディンプル間距離の半分だけ長さ方向にずれていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の伝達膜装置。

３、支持プレート（７）のプロフィール表面に伝達膜（８）のディンプルと整列する球状のくぼみ（８）が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の伝達膜装置。

４、支持プレート（７）の丸味を帯びたくぼみ（９）が半球状であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の伝達膜装置。

５、支持プレート（７）のくぼみ（８）が溝（１０）により相互連結されていることを特徴とする請求の範囲第３項または第４項に記載の伝達膜装置。

６、支持プレート（７）のくぼみがアセンブリに沿った平均的流れの方向に沿う長手状の列をなして設けられ、溝（１０）が各列の１つのくぼみと次のくぼみとを相Ｗ連結することを特徴とする請求の範囲第５項に記載の伝達膜装置。

７、脈動泣で第１のコンジットを介して第１の流体を送りこむための第１のポンプ手段と、第２のコンジットを介して第２の流体を送りこむための第２のポンプ手段の両方に連続される請求の一囲第１項〜第６項のうちいずれか一項に記載の伝達膜装置を具備する、第１の流体と第２の温体間の質量または熱伝達のための装置。

・；国　際　調　沓　報　ル

Claims

【特許請求の範囲】

１．質量もしくは熱伝達装置またはフィルタ装置に使用される伝達膜装置であって、一方のプレートのプロフィール表面がもう一方のプレートの同様なプロフィール表面と対面するように離間して設けられた一対のほぼ平行なプレート（７）と、該一対のプレートの間に向いあって接近配置された伝達膜物質よりなる一対のシート（６）を含み、各シートは隣接するプレートのプロフィール表面によって支持されるとともに該プロフィール表面内に部分的に収まり、前記シート間に第１の流体のためのコンジット（５）が提供され、シートと隣接プレートとの間に第２の流体のためのコンジットが提供され、それによって使用の際には各シートはもう一方のシートと対面するその表面に緊密にパックされたディンプル（１４）の規則正しい列を与えることを特徴とする伝達膜装置。２、ディンプル（１４）の各々がもう一方のシートの同様なディンプルと対面することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の伝達膜装置。３、各伝達膜のディンプル（Ｉ４）が第１のコンジット（５）を通る平均流の方向に沿って互いに並ぶ列をなして延びるように設けられ、各列内のディンプル（１４）は隣りの列のディンプルと横方向に巣状となるように隣りの列に対してディンプル間距離の半分だけ長さ方向にずれていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の伝達膜装置。４、支持プレート（７）のプロフィール表面に伝達膜（８）のディンプルと整列する丸味を帯びた゛くぼみ（８）が形成されていることを特徴とする請求の範囲第１項〜第３項のうちのいずれか一項に記載の伝達膜装置。５、支持プレート（７）の丸味を帯びたくぼみ（８）が半球状であることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の伝達膜装置。６、支持プレート（７）のくぼみ（９）が溝（１０）により相互連結されていることを特徴とする請求の範囲第４項または第５項に記載の伝達膜装置。７、支持プレート（７）のくぼみがアセンブリに沿った平均的流れの方向に沿う長手状の列をなして設けられ、溝（１０）が各列の１つのくぼみと次のくぼみとを相互接続することを特徴とする請求の範囲第６項に記載の伝達膜装置。８、一対の平らなシート（６）とプレート（７）との組立ての後、各プレートのくぼみにシートを少なくとも部分的に押し込んでシートの間に加圧した流体を供給し、シートを永続的に変形させてシートにディンプル（１４）を形成することを特徴とする請求の範囲第１項〜第７項のうちいずれか一項の装置を製造する方法。９、シートが熱可塑性物質からなり流体が加熱した液体であることを特徴とする請求の範囲第８項に記載の方法。１０、緊密にパックされたディンプル（１４）の規則正しい列を持つ表面を有する、質量若しくは熱伝達装置またはフィルタ装置に使用される微孔質伝達膜。Ｉｌ、膜が、同様なプロフィールを有しかつ孔が形成されたチューブ状支持部材により内部から支持されることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載の膜を有する伝達膜フィルタ装置。