SE461895B - Anordning foer jon-, molekyl-, gas-, vaetske- och/eller vaermeutbyte mellan fluider - Google Patents

Description

461 895 2 10 15 20 25 '30 35 ställen med stillastående blod, som kan koagulera; För att de kapillär. fibrernas yta skall utnyttjas effektivt, bör den íibrerna kringströmmande fluiden ha en så likformig strömningshastighet som möjligt inom hela den volym som upptages av fiberknippet.

Hittills kända utbytesanordningar med kapillärfibrer uppfyller ej på ett helt tillfredsställande sätt samtliga de ovan angivna kraven. Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en förbättrad utbytesanordning av det i ingressen till patentkravet l angivna slaget.

Det kännetecknande för anordningen enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bifogade ritningar, vilka såsom exempel visar några utföringsformer av uppfinningen, varvid fig. l schematiskt visar ett axiellt snitt genom en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen; fig. 2 schematiskt visar ett tvärsnitt genom anord- ningen enligt fig. 1 utefter linjen II-II i fig. l; fig. 3 schematiskt visar ett axiellt snitt genom en andra utföringsform av en anordning enligt uppfinningen; fig. 4 schematiskt visar ett axiellt snitt genom en tredje utföringsform av en anordning enligt uppfinningen; och fig. 5 schematiskt visar ett tvärsnitt genom anordningen enligt fig. 4 utefter linjen V-V i fig. H.

Den i fig. 1 och 2 schematiskt och såsom exempel visade anordningen enligt uppfinningen innefattar en stel behållare allmänt betecknad med l, som vid sin ena ände har ett axiellt riktat inlopp 2 och vid sin andra, motsatta ände ett axiellt riktat utlopp 3. Behållaren l har ett i huvudsak cirkulär- cylindriskt mittparti la, till vilket ansluter sig ett grad- vis avsmalnande och i inloppsröret 2 övergående inloppsparti lb liksom ett motsvarande gradvis avsmalnande och i utlopps- röret 3 övergående utloppsparti lc. Denna behållare l är avsedd att genomströmmas av den ena av de fluider mellan vilka ett utbyte skall ske. Användes anordningen för behand- ling av blod, får företrädesvis blodet genomströmma behålla- 10 15 20 25 30 35 461 895 ren l.

Genom behâllarens mittparti la sträcker sig ett knippe eller en bunt av kapillära fibrer H på sådant sätt, att fiber- knippet fyller väsentligen likformigt hela genomströmnings- arean i behållaren l, såsom schematiskt illustreras i fig. 2.

Fiberknippet U har sina båda motsatta ändar tätande förda genom väggen 5 till behâllarens l mittparti la, varvid denna vägg 5 består av ett lämpligt gjutet plastmaterial, vilket tätande omsluter och håller fast ändarna av de ihåliga eller kapillära fibrerna 4. En sådan ingjutning av ändarna av ett knippe eller en but kapillärfibrer är i och för sig väl känd från utbytesanordningar med kapillärfibermembran. De båda motsatta ändarna av kapillärfibrerna i fiberbunten U mynnar i en inloppskammare 6 respektive en utloppskammare 7 för den andra fluiden, vilka kamrar är anordnade på utsidan om be- hållarens l mittparti la och försedda med ett inlopp 8 res- pektive ett utlopp 9 för den andra fluiden. Denna andra fluid korner sålunda att genomströmma kapillärfiberknippet 4, vilket samtidigt omströmmas av den genom behållaren 1 ström- mande första fluiden.

I behâllarens l inloppsparti lb är en fast kropp 10 anordnad, vilken uppfyller inloppspartiets lb hela genomströmningsarea och större delen av inloppspartiets lb volym och som har ett stort antal genomgående, divergerande strömningskanaler ll. Härigenom fördelas på ett mycket effek- tivt sätt den genom behållaren l strömmande fluiden över hela tvärsnittsarean av behâllarens mittparti la, så att en väsent- ligen likformig strömningshastighet erhålles över hela genom- strömningsarean i behâllarens mittparti la och därmed ett 'effektivt utnyttjande av kapillärfibrerna 4. Genom att krop- pen 10 uppfyller en större del av behâllarens inloppsparti lb, minskas också den i anordningen befintliga volymen av den första fluiden, vilket är en väsentlig fördel då denna fluid utgöres av blod.

Den mot fiberknippet 4 vända ytan hos kroppen 10 är konvext välvd, såsom illustrerat i fig. l. Häri- genom uppnås, dels att fiberknippet U lättare bredes ut över hela genomströmningsarean, vilket är fördelaktigt för det 4 61 10 15 20 25 _ 30 35 895 L» effektiva utnyttjandet av fibrerna, och vidare att fiber- knippet U kommer att upptaga en betydande del av den inre volymen i behållarens utloppsparti lc. Härigenom minskas ytterligare anordningens effektiva volym för den genom be- hållaren l strömmande fluiden, vilket såsom ovan nämnts är mycket fördelaktigt då denna fluid utgöres av blod. Överhuvudtaget utmärker sig anordningen enligt fig. l och 2 av en mycket jämn och likformig strömning genom behålla- ren l utan virvelbildningar eller ställen med stillastående fluid, ett mycket effektivt utnyttjande av kapillärfiber- knippet H och en mycket liten volym som måste upptagas av den genom behållaren l strömmande fluiden. Alla dessa egenskaper är utomordentligt värdefulla vid användning av anordningen för behandling av blod, varvid blodet får strömma genom be- hållaren l, medan den andra fluiden, relativt vilken ett ut- byte från blodet skall äga rum, exempelvis en gas vid en blodoxygenator eller en\ätska vid en bloddialysapparat, ström- mar genom kapillärfibrerna H. Härvid erhålles också den be- tydande fördelen, att strömningsmotståndet och därmed tryck- fallet för blodet blir väsentligt mycket mindre än vid de tidigare kända blodbehandlande och med kapillärfiber arbetande anordningar, vid vilka blodet strömmar genom de trånga ka- pillärfibrerna.

Den i fig. 3 schematiskt och såsom exempel visade ut- föringsformen av en anordning enligt uppfinningen har i stora drag samma grundläggande utformning som anordningen enligt fig. l och 2. Det speciella vid anordningen enligt fig. 3 be står i första hand däri, att den innehåller ett flertal ka- pillära fiberknippen Ha, Hb, Hc respektive Hd, vilka har sina ändar anslutna till separata inloppskamrar 6a, öb, 6c, 6d respektive utloppskamrar 7a, 7b, 7c, 7d. Dessa olika fiber- knippen Ha, Qb, Hc, Hd kan sålunda genomströmmas av olika fluider, relativt vilka olika typer av utbyten sker med den genom behållaren l strömmande fluiden. Därvid är naturligtvis väggstrukturen och innerdiametern hos fibrerna i de olika fiberknippena ha-Hd avpassade till den utbytesfunktion som ifrågavarande fiberknippe skall ha respektive den fluid som ifrågavarande fiberknippe skall genomströmmas av. Vid använd- 10 15 20 25 30 35 5 461 895 ning av en anordning av detta utförande som blodoxygenator kan sålunda exempelvis ett fiberknippe genomströmmas av en gas för det önskade gasutbytet med blodet, medan ett annat fiberknippe genomströmmas av exempelvis tempererat vatten och har helt täta fiberväggar, så att endast ett värmeutbyte äger rum relativt blodet. Vid blodoxygenatorer är det nämli- gen i allmänhet önskvärt att även kunna påverka det genom- strömmande blodets temperatur, för vilket ändamål man vid hittills kända blodoxygenatorer använder en särskild värme- växlarenhet. Vid användning av en anordning av detta utföran- de för bloddialys kan exempelvis ett fiberknippe genomström- mas av en vätska för det eftersträvade jonutbytet med blodet, medan ett annat fiberknippe genomströmmas av vatten för reg- lering av blodets temperatur, och ett tredje fiberknippe genomströmmas av en vätska med annat tryck än blodets tryck i anordningen så att en önskad filtrering av blodet, dvs. vätskeminskning, erhålles. Det inses att många olika kombina- tioner av fiberknippen och av genom dessa strömmande fluider kana användas i beroende av den aktuella användningen av anord-' ningen. Naturligtvis kan även antalet olika fiberknippen varie- ra från fall till fall.

De olika fiberknippena 4a-Hd behöver naturligtvis ej sträcka sig parallellt med varandra, utan kan med förden an- ordnas så, att de sträcker sig genom behållarens l mittparti la i inbördes olika riktningar. Härigenom kan den likformiga strömningsfördelningen för den genom behållaren l strömmande fluiden ytterligare förbättras. Ej heller behöver de olika fiberknippena ligga i skilda skikt ovanpå varandra, såsom illustrerat i fig. 3, utan det är även möjligt att blanda de .till exempelvis två olika fiberknippen hörande fibrerna med varandra i ett och samma skikt, varvid fibrerna i de båda olika fiberknippena lämpligen sträcker sig i olika riktningar genom behållaren l, så att anslutningen av de olika fibrerna * till deras tillhörande inloppskamrar 6 respektive utlopps- kamrar 7 underlättas. En sådan blandning av olika fibrer med ' varandra kan ha den ytterligare fördelen, att de olika fib- rerna kan tjäna som distanselement relativt varandra, vari- genom fibrernas omkringströmning av den genom behållaren 1 461 10 15 20 25 30 35 895 6 strömmande fluiden förbättras.

Anordningen enligt fig. 3 skiljer sig från anordningen enligt fig. 1, 2 vidare därigenom, att strömningsfördelnings- kroppen 10 vid anordningen enligt fig. 3 är något mindre och endast upptager en del av behållarens inloppsparti lb.

Härigenom kan man i detta inloppsparti lb anordna en elastisk, uppblåsbar blåsa 12, vilken vid det visade utföríngsexemplet är utformad som en ring omkring inloppsrörets 2 mynning och som via ett anslutningsrör 13 kan tillföras ett periodiskt varierande gas- eller vätsketryck, så att blâsan 12 periodiskt blåses upp och tömmes. Om det samtidigt finnes en på lämpligt sätt utformad och anordnad baokventilanordning lä för fluid- strömmen genom behållaren l, kommer den periodiskt uppblåsta och tömda blåsan 12 att fungera som en enkel men samtidigt mycket effektiv pump, som driver fluiden genom behållaren l från inloppsröret 2 till utloppsröret 3. En sådan pumpfunk- tion är mycket fördelaktig i synnerhet vid användning av an- ordningen för behandling av blod. Naturligtvis kan den upp- blåsbara elastiska blâsan utformas på ett flertal andra sätt än det som visas såsom exempel i fig. 3.

En pumpfunktion för den genom behållaren l strömmande fluiden kan även erhållas, genom att ett av fiberknppena består av fibrer eller mycket smala slangar med en tät elas- tisk vägg, varvid detta fiber- eller slangknippe får genom- strömmas av en vätske- eller gasström med pulserande tryck, så att fibrerna periodiskt utvidgas och avsmalnar.

Den i fig. 4 och 5 schematiskt och såsom exempel illust- rerade utföringsformen av en anordning enligt uppfinningen innefattar likaledes en stel behållare 15, som vid sin ena ände är ansluten till ett axiellt riktat inloppsrör 16 och vid sin andra, motsatta ände till ett axiellt riktat utlopps- rör 17 för den ena av de fluider mellan vilka ett utbyte skall ske. Inuti denna behållare 15 är vid det visade utför; gs- exemplet tre olika knippen l8a, l8b, l8c av kapillärfiprer anordnade på sådant sätt, att de omsluter ett centralt, axiellt utrymme 19 av behållarens inre, vilket utrymme bildar en förlängning av inloppsröret l6. Som stöd för fiberknippena l8a-l8c kan finnas ett utrymmet 19 omgivande galler eller nät 10 15 20 25 30 35 7 461 895 20, runt vilket fiberknippena är så förlagda, att de koncent- riskt omsluter utrymmet 19, såsom schematiskt visat i fig. 5.

Fiberknippean l8a-l8c har sina ändar utdragna genom och tä- tade i behâllarens 15 nedre, företrädesvis koniska gavelvägg 23 på liknande sätt som beskrivits i samband med fig. 1, 2, så att fiberknippenas ändar mynnar i tillhörnade inloppskamrar 21a, Zlb, 2lc respektive utloppskamrar 22a, 22b, 22c anordnade på utsidan av väggen 23. Med fördel kan fiberknippena l8a-l8c vara förlagda skruvspiralformigt omkring det centrala axiella utrymmet 19, såsom schematiskt markerat medelst en streckad linje 27 i fig. 4.

Det inses, att den genom inloppsröret 16 inströmmande fluiden kommer att passera tvärs igenom fiberknippena l8a-l8c i riktning väsentligen vinkelrätt ot fibrernas längdriktning, varefter fluiden samlas upp utanför det yttersta fiberknippet l8c och lämnar behållaren 15 genom utloppsröret 17. En väsent- lig fördel med utförandet enligt fig. 4, 5 är, att fiber- knippena kommer att ha en betydande längd inuti behållaren 15, varigenom en ökning av utbytesfunktionens effektivitet er- hålles.

För att flödesfördelningen tvärs genom fiberknppena l8a-l8c skall bli så jämn som möjligt över fiberknippenas hela längd, kan med fördel en speciell pumpanordning för den genom behållaren 15 strömmande fluiden anordnas i det centrala axiella utrymmet 19. Denna pumpanordning utgöres vid det vi- sade utföringsexemplet av ett axiellt rör 2H, som sträcker sig upp i det centrala utrymmet 19 och som uppbär ett antal röret omslutande och i förbindelse med dess inre stående, elastiska, uppblåsbara blåsor 25a, 25b, 25c. Genom att röret _2U vid sin yttre ände 2Ha anslutes till en tryckgas- eller tryckvätskekälla, blåses blåsorna 25a-25c upp i tur och ord- ning med början från blåsan 25a, varigenom den genom inlopps- röret 16 tillförda fluiden pressas genom fiberknippena l8a-l8c i riktning mot utloppsröret 17. Det förutsättes här- vid, att det finnes en lämplig backventilanordning 26, som hindrar en fluidström i den motsatta riktningen. Blåsorna 25a-25c kan därefter åter tömmas, genom att röret 2H åter kopplas bort från tryckgas- eller tryckvätskekällan och i 461 10 15 20 25 30 35 895 stället sättes i förbindelse med ett utlopp. Härvid kommer blåsorna 25a-25c att tömmas i tur och ordning med början med blåsan 25a. Alternativt kan tömningen av blåsorna 25a-25c ske på så sätt, att tryckgas, eller tryckvätsketillförseln till röret 24 stänges och samtidigt ett koaxiellt inuti röret 2U anordnat smalare tömningsrör 28 öppnas. I detta fall kom- mer blåsorna 25a-25c att tömmas i tur och ordning med början med blåsan 25c.

Det inses, att ett utförande enligt fig. H, 5 natur- ligtvis även kan användas med endast ett fiberknippe, liksom att antalet fiberknippen och deras natur och användning kan anpassas till det aktuella behovet på liknande sätt som be- skrivits i samband med fig. 3. Även vid en anordning enligt fig. H, 5 kan sålunda något av fiberknippena användas för värmeväxling med den genom behållaren 15 strömmande fluide: eller för pumpning av denna fluid genom behållaren.

Om så är önskvärt, kan en temperaturreglering av den genom behållaren 15 strömmande fluiden också åstadkommas genom att en yttre mantel 29 anordnas runt behållaren 15, såsom- visat i fig. H, 5, vilken mantel är försedd med ett inlopp 30 och ett utlopp 31, så att den kan genomströmmas av en tempe- raturreglerad vätska, vilken kommer att stå i värmeutbyte med fluiden inuti behållaren 15 genom behållarens 15 vägg.

Ehuru det vid användning av någon av de ovan beskrivna utföringsformerna av en anordning enligt uppfinningen för be- handling av blod antagits i det föregående, att blodet ledes genom den stela behållaren och sålunda kringströmmar de ka- pillära fibrerna, är det dock naturligtvis inget som hindrar, att blodet vid en anordning utformad enligt uppfinningen i stället ledes genom något av fiberknippena. Därvid erhålles dock i allmänhet ett större strömningsmotstånd och därmed ett större tryckfall i blodströmmen.

I övrigt inses det, att många olika utföranden och mo- difikationer av en anordning enligt uppfinningen är möjliga inom uppfinningens ram.

Claims (12)

1. 461 895 Patentkrav la Anordning för jon-, molekyl-, gas-, vätske- och/eller värmeutbyte mellan en första fluid, i synnerhet en blodvätska, och åtminstone en annan fluid, innefattande en stel behållare (1; 15) med ett inlopp (2; 16) och ett utlopp (3; 17) för nämnda första fluid samt minst ett knippe (4; 18) av ihåliga fibrer, som med sin ena ände är förbundet med ett inlopp för nämnda andra fluid och med sin andra ände med ett utlopp för nämnda andra fluid till att genomströmmas av nämnda andra fluid och som åtminstone delvis sträcker sig genom nämnda behållare så att fibrerna i fiberknippet kringströmmas av nämnda första fluid, k ä n n e t e c k n a d av att behållarens (l; 15) inlopp (2; 16) och utlopp (3; 17) är rörformade och anordnade vid inbördes motsatta ändar av be- hållaren axiellt i linje med varandra, behållaren (l; 15) har ett i huvudsak cylindriskt mittparti (la), ett inloppsparti (lb) som förbinder nämnda mittparti och nämnda rörformiga inlopp med varandra och gradvis avsmal- _ nar från mittparti mot det rörformiga inloppet, och ett utlopps- Parti (lC)$°flfÜflïHIIfii$FNfiiBt och det rörformiga utloppet och avsmalnar gradvis från mittpartiet mot det rörformade utloppet, fiberknippet (4; 18) består av inbördes väsentligen parallella ihåliga fibrer, som sträcker sig genom behållarens mittparti (la) på sådant sätt att fibrerna är väsentligen likformigt fördelade över en tvärsnittsarea av flödesvägen för nämnda första fluid mellan dess nämnda inlopp och utlopp, och har sina motsatta ändar tätande förda genom behållarens (l; 15) vägg (5; 23) och mynnande i en inloppskammare (6, 21) respektive en utloppskammare (7; 22) för nämnda andra fluid, vilka inlopps- och utloppskamrar är anordnade utanför och intill behållarens (l; 15) vägg, en i behållarens (l; 15) inloppsparti (lb) anordnad stel, inloppspartiets hela tvärsnittsarea täckande kr0PP (10), som är försedd med ett flertal, sig genom kroppen sträckande stämnings- kanaler (11) för nämnda första fluid, vilka strömningskanaler bildar en förbindelse mellan det rörformade inloppet (2; 16) och behållarens mittparti (la) för fördelning av nämnda första fluid väsentligen likformigt över mittpartiets (la) tvärsnittsare, var- 461 895 jämte den mot behållarens mittparti (la) vända ytan hos nämnda kropp (10) är konvext wümd och fibrerna i fiberknippet (4) är väsentligen likformigt fördelade över nämnda konvext välvda yta och sträcker sig i plan väsentligen parallella med nämnda yta.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda konvexa yta hos nämnda kropp (10) är så välvd att fiberknippet (4) upptager en väsentlig del av den inre volymen av nämnda utloppsparti (lc) hos behållaren.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att den mot inloppsröret (2) vända ytan hos nämnda kropp (10) är konkavt välvd och att nämnda strömningskanaler (ll) sträcker sig genom kroppen (10) väsentligen vinkelrätt rela- tivt kroppens nämnda konvext respektive konkavt välvda ytor.

4. Anordning enligt något av kraven l - 3, k ä n n e - t e c.k n a d av att nämnda stela kr0PP (10) upptager en övervägande del av nämnda inloppsparti (lb) hos behållaren.

5. Anordning enligt något av kraven l - 4, k ä n n e - t e c k n a d av att en periodiskt uppblåsbar, elastisk blåsa (12) är anordnad i nämnda inloppsparti (lb) av behållaren (1) mellan nämnda kr0PP (10) och det rörformade inloppet (2), var- jämte backventilorgan (14) är anordnade att förhindra en _ strömning av nämnda första fluid genom behållaren (1) i rikt- ning från utloppsröret (3) till inloppsröret (2) .

6. 'Anordning enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e - t e c k n a d av en ytterligare kammare (29) anordnad utanför och runt om behållaren (15) och försedd med ett inlopp (30) och ett utlopp (31) för en vätska för värmeväxling med den genom behållaren (15) strömmande första fluiden och därmed påverkning av den första fluidens temperatur.

7. Anordning enligt något av kraven 1 - 6, för utbyte mellan nämnda första fluid å ena sidan och ett flertal andra fluider å andra sidan, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar ett flertal knippen (4a-4d; l8a-l8c) av inbördes väsentligen parallella ihåliga fibrer, ett knippe för var och en av nämnda andra_fluider, vilka olika fiberknippen sträcker sig genom behållarens mittparti på angivet sätt och har sina ändar förda tätande genom behållarens vägg och anslutna till inbördes /I 461 895 skilda inloppskamrar (6a-6d; 2la-2lc) respektive utloppskamrar (7a-7d; 22a-22c), så att de olika fiberknippena kan genom- strömmas av var sin av nämnda andra fluider.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att de olika fiberknippena är anordnade i inbördes skilda, intill varandra liggande skikt.

9. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att de olika fiberknippena är blandade med varandra i ett gemensamt skikt inuti behållaren.

10. Anordning enligt något av kraven 7 - 9, k ä n n e - t e c k n a d av att fibrer tillhörande olika fiberknippen sträcker sig i inbördes olika riktningar inuti behållaren.

11. ll. Anordning enligt något av kraven 7 - 10, k ä n n e - t e c k n a d av att ett av fiberknippena består av fibrer med en elastisk, ogenomsläpplig vägg, varjämte detta fiber- knippe är anordnat att genomströmmas av en fluid med pulserande tryck för periodisk utvidgning av fibrerna.

12. Anordning enligt något av kraven 7 - ll, k ä n n e - t e c k n a d av att ett av fiberknippena består av fibrer med ogenomsläpplig vägg, varjämte detta fiberknippe är anord- nat att genomströmmas av en vätska för värmeutbyte med och temperaturreglering av den genom behållaren strömmande första fluiden.