DE2406077A1

DE2406077A1 - Diffusionsvorrichtung, beispielsweise plattendialysator

Info

Publication number: DE2406077A1
Application number: DE19742406077
Authority: DE
Inventors: Josef Prof Dr Med Hoeltzenbein
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1973-02-08
Filing date: 1974-02-08
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE2406077C2; CH588288A5; IE40142L; JPS5730508B2; CA1032480A; IL44047A0; ZA74349B; JPS49112866A; IL50656A0; BE810219A; IL50656A; FR2217046A1; NL164748C; JPS5921641B2; IL44047A; IT1006295B; ES422892A1; IE40142B1; CA1053870A; AU6517574A

Description

Die Erfindung betrifft einen Plattendialysator mit zwischen den Platten angeordneten Membranen.

Dialysatoren besitzen ein sehr weites Anwendungsgebiet. Sie werden z.B. für die Auftrennung von lösungsmittelhaltigen Flüssigkeiten, speziell für die Abtrennung von Kolloiden von molekular dispergierten, darin enthaltenen kleineren Substanzen verwendet. Bei anderer Auslegung können solche Plattendialysatoren auch für einen Austausch zwischen Flüssigkeiten und Gasen, beispielsweise als künstliche Lunge, für einen Gasaustausch, z.B. als

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künstliche Kiemen, oder als Wärmetauscher zwischen zwei strömungsfähigen Medien benutzt werden, was von der Auswahl der Membranen abhängt, welche die an dem Material- oder Wärmeaustausch beteiligten Medien voneinander trennen.

Ein besonderes Anwendungsgebiet für Plattendialysatoren ist die außerhalb des Körpers stattfindende Blutdialyse. Hierbei übernimmt eine halbdurchlässige Membran die Aufgabe der Glomeruluskapillaren (der Niere) als physiologisches Filter. Gemäß den Gesetzen der Osmose und Diffusion findet dann ein Stoffaustausch einerseits zwischen einem an der einen Seite der Membran befindlichen Blutfilm und andererseits einer längs der anderen Seite der Membran fließenden Spülflüssigkeit statt. Dieser Verwendungszweck eines Plattendialysators als künstliche Niere erlangt derzeit ständig zunehmende Bedeutung; aus diesem Grund wird im folgenden speziell auf einen Blutdialysator Bezug genommen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich jedoch auch als Blutoxygenator bzw. -SauerstoffSättigungsapparat und für andere Anwendungszwecke, bei denen kein Blut behandelt wird.

Aufgabe der Erfindung ist mithin die Ausschaltung der den bekannten Konstruktionen zugrundeliegenden Nachteile und Mängel durch Schaffung eines Plattendialysators stark vereinfachter Konstruktion, der verbesserte Diffusionseigenschaften infolge einer verbesserten Strömungscharakteristik des Blutes und der die Vorrichtung durchfließenden Dialyselösung sowie einfache Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei einer Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Blutdialysator, mit einem Stapel von durch halbdurchlässige Membranen voneinander getrennten Platten erfin-

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dungsgemäß dadurch gelöst, daß zu beiden Seiten der Membranen zwei getrennte, gegeneinander abgedichtete Strömungspfade festgelegt sind, jede Platte eine profilierte Membran-Stützfläche aufweist, die mit mehreren Reihen von abstehenden VorSprüngen besetzt ist und außerdem mehrere Stützrippen aufweist, die sich in der allgemeinen Strömungsrichtung erstrecken und sich zur Bestimmung des Abstands zwischen einander zugewandten Platten an entsprechende Stützrippen einer benachbarten Platte anlegen.

Grundsätzlich kann es sich beim erfindungsgemäßen Plattendialysator um eine Gleichstrom-, eine Gegenstrom- oder eine QuerStromvorrichtung handeln. Außerdem ist die Erfindung auf die meisten bekannten Arten von Plattendialysatoren anwendbar.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei diese speziellen Ausfuhrungsformen Verbesserungen des Dialysators gemäß der US-PS 3 730 350 darstellen und, soweit, nicht anders angegeben, nach der Lehre gemäß dieser Patentschrift hergestellt werden können.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1- eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Dialysators gemäß der Erfindung in einem Zwischenstadium der Fertigung des Gehäuses,

Fig. 2 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene und teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht des Dialysators gemäß Fig. 1 nach der Endmontage,

Fig. 3 eine teilweise weggebrochene Seitenansicht des Dialysators gemäß Fig. 1 nach der Endmontage,

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Fig. 4 eine schematische Darstellung, welche das Verhältnis zwischen einer beim Dialysator gemäß Pig. I verwendeten Platte und der darüber liegenden Membran sowie die typischen Strömungsbahnen der Dialyselösung und des Bluts veranschaulicht,

Fig. 5 eine Aufsicht auf eine bevorzugte Plattenkonstruktion zur Verwendung beim erfindungsgemäßen Dialysator,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung eines Plattenstapels nebst den zugeordneten Membranen,

Fig. 7 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie 7-7 durch den Plattenstapel gemäß Fig. 6, in welchem die einzelnen Teile zur besseren Veranschaulichung in lotrechter Richtung etwas voneinander getrennt sind,

Fig. 8 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Teilaufsicht auf die eine Ecke der Platte gemäß Fig. 5»

Fig. 9 eine Aufsicht auf eine abgewandelte Ausführungsform einer Platte für den erfindungsgemäßen Dialysator,

Fig.10 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene perspektivische Darstellung eines Randabschnitts der Platte gemäß Fig. 9 mit einem Fragment der darüberliegenden Membran,

Fig.11 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Aufsicht auf die eine Ecke der Platte gemäß Fig. 9,

Fig.12 einen Querschnitt durch eine weiter abgewandelte Aus-

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führungsform eines im wesentlichen der Vorrichtung gemäß Fig. 1 entsprechenden Dialysators, jedoch mit unterschiedlicher Plattenkonstruktion,

Fig. 13 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene schematische Aufsicht auf die eine Ecke des Plattenstapels der Vorrichtung gemäß Fig. 12, in welcher in gestrichelten Linien die Art und Weise der Anordnung der Rippen einer angrenzenden Platte gegenüber den Rippen der dargestellten Platte veranschaulicht ist,

Fig. 14 einen in stark vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt durch die Platten der Vorrichtung gemäß Fig. 12, aus welchem das Verhältnis zwischen den Membranen und den betreffenden Rippen der Platten sichtbar ist,

Fig. 15 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen, schematischen Schnitt zur Veranschaulichung der Form des Blutverteilers bzw. -Sammlers der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 12,

Fig.16 eine Teilaufsicht auf die Innen-Ecke einer Schale, welche die Platten der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und 12 umschließt und

Fig. 17 eine teilweise im Schnitt dargestellte Seitenansicht einer noch weiter abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Stapelplatten-Diffusionsvorrichtung vermag speziell einen hohen Diffusionswirkungsgrad, zu gewährleisten, so daß eine die Vorrichtung durchströmende Flüssigkeit, etwa Blut, im wesentlichen bei einem einzigen Durchlauf durch die Vorrichtung vollständig behandelt werden kann. Dies

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ist darauf zurückzuführen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem außerordentlich engen Strömungspfad für das Blut ausgelegt werden kann, da die profilierten Flächen des Plattenstapels Strömungskanäle aufweisen, die eine Tiefe von nur 0,5 mm oder noch weniger besitzen können. Ausserdem kann der erfindungsgemäße Dialysator für die Halterung ultradünner Membranen ausgelegt sein, so daß der Diffusionsvorgang auf eine bei den bekannten Vorrichtungen nicht mögliche Weise beschleunigt wird.

Bei der in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Diffusionsvorrichtung ist ein Stapel aus Platten und Membranen auf die in der US-PS 3 730 750 allgemein beschriebene Weise zusammengesetzt und zwischen zwei hohle Schalen 30, 32 eingesetzt, die aus einem Kunststoff-Gußteil bestehen können. Die Schalen 30, 32 sind unter Festlegung einer inneren Kammer einander zugewandt, wobei die Trennlinie zwischen den beiden Schalen mittels zweier Flansche 3^, 36 verspannt ist.

Vor dem Einsetzen des Stapels aus den Platten und Membranen, von denen Teile in Fig. 6 dargestellt sind, wird der Platten Stapel vorzugsweise unter einem Druck von etwa 14-28 kg/cm zusammengedrückt, um die einander zugewandten Rückseiten der Platten und die Membran-Enden dazwischen gegeneinander zu pressen und auf diese Weise den Durchtritt nennenswerter Fluidmengen zwischen den einander zugewandten Rückseiten zu verhindern. Die genannten Druckwerte eignen sich besonders für rechteckige Platten aus Polystyrol mit einer Länge von etwa 12 cm und einer Breite von etwa 6cm bei einer Dicke von etwa 1 mm mit angrenzenden ultradünnen Membranen mit einer Dicke von etwa 10,u. Wenn die angegebenen Abmessungen nennenswert geändert werden, kann sich auch der zur Erzielung der angestrebten Wirkung auf den Stapel aus den Platten

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und Membranen ausgeübte, optimale Druck ändern.

Typischerweise weist der Stapel zwischen 100 und 150 einzelne Platten und darüberliegende Membranen auf.

Vor dem Verpressen wird vorzugsweise an beiden Enden des Plattenstapels eine vergleichsweise dicke Druckplatte 37 angeordnet, welche die Platten schützt und ausrichtet und außerdem den beim Verpressen und später durch das Gehäuse auf den Plattenstapel ausgeübten Druck gleichmäßig verteilt.

Nach dem Zusammenpressen wird der Stapel aus den Platten und Membranen zusammen mit den Druckplatten bzw. Abstandstücken

37 in die hohlen Schalen 32, 34 eingesetzt, wobei die Schalen derart gegeneinander gedrückt werden, daß die Plansche 3¹I, 36 gemäß Fig. 8 aneinander anliegen. Zur Abdichtung ist um die Verteilerkammer 44 und eine entsprechende Auslaß-Sammlerkammer herum eine Dichtanordnung 35 in Form einer Nut und eines O-Rings (Fig. 1 und 15) vorgesehen.

Sodann können die Flansche 34 und 36 auf beliebigeherkömmliche Weise gegeneinander abgedichtet werden. Vorzugsweise wird durch Spritzguß ein aus Kunststoff bestehender Rahmen

38 (Fig. 2 und 3) um den Umfang der Flansche 34, 36 herum ausgebildet, welcher die Umfangsabschnitte dieser Flansche umschließt und sie in fest aneinanderliegender Lage dauerhaft miteinander verbindet. Gemäß Fig. 17 ist ein gleicher Rahmen 38 bei zwei abgewandelten Schalen vorgesehen.

An bestimmten Abschnitten der Flansche 34 und 36 sind Stege bzw. Rippen 40 vorgesehen, um den aufgegossenen Rahmen 38 in fest sitzendem Verhältnis zu halten. Ein weiterer, nicht dargestellter Satz solcher Rippen befindet sich typischerweise

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an den Flanschteilen 41 an der anderen Seite der Dialysiervorrichtung.

Typischerweise tritt Blut in die Vorrichtung gemäß Fig. 1 über einen Zulaß 42 ein und wird über eine Verteilerkammer 44 (Fig. 15) längs der Seitenkantenflachen der gestapelten Platten und Membranen über abgeschrägte Verteilerbereiche 46 (Fig. 6) der Platten verteilt, welche nach Art der Verbindungskammern 10 gemäß Fig. 3 der US-PS 3 370 350 wirken. Die Tiefe der Verteilerkammer 44 nimmt vom Zulaß 42 aus in alle Richtungen ab, und die Verteilerkammer schließt mit einer Abstandrippe 50 zur Positionierung der Platten 52 ab. Wahlweise kann ein Außenabschnitt der Kammer 44 tatsächlich mit den Platten 52 in Berührung stehen, wobei die Schalen und 32 ausreichend elastisch bzw. flexibel sind, so daß sie sich leicht aufweiten, wenn ein unter Druck stehendes Strömungsmittel, wie Blut, über den Zulaß 42 einströmt. Hierbei wird unter der Druckwirkung ein Strömungskanal mit einer Tiefe von einigen Mikron gebildet. Der Vorteil dieser Ausbildung besteht darin, daß das in der Vorrichtung enthaltene Volumen an Blut auf wünschenswerte Weise auf ein absolutes Minimum gebracht wird. Anderenfalls könnte die Mindesttiefe der Kammer 44 im drucklosen Zustand auf etwa 1 mm oder weniger festgelegt sein.

Die vom Abstand vom Zulaß 42 abhängige Verkleinerung der Tiefe der Verteilerkammer 44 begünstigt auch die Verteilung von Blut oder dergl. Strömungsmittel über die Seiten der Platten 52 auf eine Weise, welche dem Bedarf für zwischen den Platten fließendes Strömungsmittel entspricht. Hieraus ergibt sich eine verbesserte Strömungsgleichförmigkeit bei einem minimalen Blutvolumen in der Vorrichtung.

Die optimale Strömung von Blut oder dergl. Strömungsmittel durch die Verteilerkammer 44 wird mit einem Mindest-Blutvo-

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lumen in der Verteilerkammer kombiniert, wenn letztere eine in allen Richtungen im wesentlichen gleichmäßige Kurve beschreibt, welche sich folgender Gleichung annähert:

2Sx(l-S²/S₀ ²)

+ c.

In dieser Gleichung bedeutet d (Fig. 15) die Tiefe aller Punkte der Verteilerkammer 44 längs Linien 43, die radial von der Umfangswand 45 des Pluidzulasses 42 abgehen und eine senkrecht dazu verlaufende Linie schneiden, die eine Verlängerung einer Umfangskante 47 der Kammer 44 bildet.

d_Q bedeutet dabei die Tiefe der Verteilerkammer unmittelbar unterhalb der Umfangswand 45, multipliziert mit dem Umfang des Zulasses 42; S stellt den Abstand des von der Wand 45 aus gemessenen Punkts längs der senkrechten Linie 43 dar; S₀ bedeutet den Gesamtabstand längs der Linie 43 von der Wand 45 zur Umfangskante 47 des Verteilers und C bedeutet die kleinste Solltiefe des Verteilers 44 an der Umfangskante

Der Wert von C beträgt vorzugsweise etwa 0,5 bis 1 mm, während bei einem Dialysator der beschriebenen, speziellen Art der

ρ Wert von d_Q zweckmäßig etwa 0,5 cm und der Wert für S_Q etwa 3 cm beträgt, wenn der Dialysator etwa 118 Platten aus Polystyrol mit einer Größe von 120 χ 60 χ 1 mm aufweist, an welche sich ultradünne Membranen von etwa 10.u Dicke anschließen.

Das aus der Verteilerkammer 44 zuströmende Blut strömt zwischen den einander zugewandten Membranen benachbarter Platten hindurch und wird dann in einer durch die Schale 32 gebildeten Sammlerkammer gesammelt, deren Aufbau derjenigen der Verteilerkammer 44 entspricht. Hierauf wird das Blut über einen Auslaß

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aus der Vorrichtung ausgetragen.

Die Dialyselösung (oder Sauerstoff, falls die Vorrichtung als Blutoxygenator verwendet werden soll) kann über einen Einlaß 56 in die Vorrichtung eintreten, wobei diese Lösung in einen Verteilerraum 60 (Fig. 3, 15 und 16) eintritt, in welchem die Dialyselösung auf die Enden des Stapels der Platten 52 verteilt wird. Die Dialyselösung tritt sodann in Platteneinlässe 62 ein, die jeweils aus einer in der Rückseite jeder Platte ausgebildeten Nut bestehen, die gegenüber den Enden 64 der Platten offen sind. Die Dialyselösung strömt dabei ohne Unterbrechung durch Dichtschultern 66 in den Plattenstapel ein.

Die Einlasse 62 erstrecken sich über ein ausreichendes Stück durch die Dichtschultern 66 hindurch, um eine zufriedenstellende Abdichtung der Plattenenden zu gewährleisten. Eine jede Platte 52 vollständig durchsetzende öffnung 68 dient als Verbindung zwischen dem Einlaß 62 und einem Strömungskanal 70. Letzterer ist eine in der Vorderseite jeder Platte ausgebildete Nut zur Verteilung der Dialyselösung über die eine Plattenseite.

Sodann strömt die Dialyselösung vom Strömungskanal 70 über die profilierte Fläche 72 zu einem zweiten Strömungskanal (Fig. 5), an welchem die Lösung gesammelt wird.

Der zweite Strömungskanal kommuniziert mit einer Plattenauslaßeinrichtung 76, die bezüglich Konstruktion und Arbeitsweise der Anordnung aus dem Einlaß 62 und der öffnung 68 entspricht.

Gemäß Fig. 5 sind die einzelnen Platten 52 anfänglich symmetrisch ausgebildet, wobei ihre Zulasse bzw. öffnungen an beiden Enden

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der Strömungskanäle 70 und 74 mit der Außenseite kommunizieren. Hierdurch wird der Zusammenbau des Plattenstapels vereinfacht, da die Platten ohne besondere Berücksichtigung der Montagegenauigkeit, wie sie beim flächigen Zusammensetzen von asymmetrischen Platten erforderlich ist, flächig aneinander angesetzt werden können.

Nachdem die Platten zu einem Stapel zusammengesetzt worden sind, werden die jeweiligen zweiten, offenen Enden 78 der Strömungskanäle 70 und 74 mittels eines erhitzten Stabs verschweißt oder gemäß Fig. 2 bei 78a auf andere Weise verschlossen, so daß die Strömungskanäle 70 und 74 nur an den Zulassen 62 bzw. 76 offen sind. Dieses Verschweißen erfolgt typischerweise nach dem vorher beschriebenen Zusammendrücken der Platten, jedoch vor dem Einsetzen des Plattenstapels in die Schalen 3Q und 32.

An den Enden der Platten 52 werden kleine Stützplatten 79 angeordnet, um die an jedem Ende der Platten vorgesehenen Dialysat-Verteilerräume 60 an einem Zusammenquetschen unter den beim Spritzgießen, bei welchem der Rahmen 38 für das Verbinden der Schalen ausgebildet wird, auftretenden Drücken zu hindern.

Fig. 4 veranschaulicht schematisch den quer über die Platte 52 verlaufenden und von dieser durch die Membran 39 getrennten BlutStrömungspfad 49, während der Dialysat-Strömungspfad 80 gemäß Fig. 4 über den Einlaß 62 in die Platte hinein und auf vorher beschriebene Weise verläuft.

Die profilierte Fläche 72 der Platte 52 weist gemäß Fig. 8 Reihen von abstehenden Vorsprüngen 82 auf, die typischerweise im wesentlichen Pyramidenform aufweisen und eine Höhe von etwa 0,05 bis 0,5 mm besitzen. Beispielsweise können Vorsprünge 82 mit einer Höhe von 0,15 mm den größten Teil der

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Platte bedecken. Vorzugsweise sind die einander abwechselnden Vorsprungreihen gegenüber den benachbarten Reihen jeweils seitlich versetzt angeordnet, so daß Blut und Dialyselösung einander schneidende Nuten 83 durchströmen, welche zwischen den Dialyselösung-Strömungskanälen 70, 7 ^ verlaufen, wodurch ein leichtes Durchmischen sowohl des Bluts als auch der Dialyselösung bei der Strömung über die Plattenfläche gewährleistet wird.

Die Mittelpunkte der Vorsprünge 82 sind in den quer zur allgemeinen Richtung des Blutstroms 8l über die Plattenfläche und im wesentlichen parallel zu den Strömungskanälen 70, 7^ verlaufenden Reihen mit einem Abstand D. von etwa 0,3 bis 1,5 mm angeordnet, so daß enge Rillen oder Nuten 83 festgelegt werden.

Der Vorteil dieser Ausbildung zeigt sich besonders bei Verwendung von ultradünnen Membranen mit einer Dicke von höchstens etwa 20 .u, da hierbei die große Vielzahl von kleinen und dicht nebeneinanderliegenden Vorsprüngen eine zufriedenstellende Abstützung für die dünne Membran bietet, wodurch ein Aufschlitzen oder ein Durchhängen der Membran in die Strömungskanäle zwischen den Vorsprüngen verhindert wird. Da infolge dieser Plattenkonstruktion eine ultradünne Membran verwendet werden kann, wird der Diffusionsgrad zwischen den auf gegenüberliegenden Seiten der Membran strömenden Pluiden im Vergleich zu den bekannten, herkömmlichen Diffusionsmembranen, welche erheblich dicker sind, wesentlich verbessert.

Der Strömungswiderstand über die Platten 52 wird dadurch verringert, daß die Mittelpunkte der Vorsprünge 82 in parallel zur Blutströmungsrichtung 81 verlaufenden Reihen auf einen größeren Abstand voneinander angeordnet werden als in den vor-

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her beschriebenen Querreihen. Dieser Abstand D„ beträgt üblicherweise etwa das 2- bis 3-fache des Abstands D., d.h. etwa 0,5 bis 5 mm, vorzugsweise etwa das 3-fache des Abstands D₁. Ein bevorzugter Abstand D₁ ist 0,5 mm, während der Abstand D„ vorzugsweise 1,5 mm beträgt.

Gemäß Fig. 8 sind die pyramidenförmigen Vorsprünge 82 auf ihrer langen Achse typischerweise etwa 0,5 mm und auf ihrer kurzen Achse 0,2 bis 0,3 mm lang.

Vorzugsweise wird die Dialyse-Membrane über den Platten 52 und Vorsprüngen 82 angeordnet, während sie in solcher Richtung gespannt bzw. gestrafft ist, daß der Mittenabstand zwischen den Vorsprüngen 82 in der Spannrichtung der Membran größer ist als der Vorsprung-Mittenabstand quer zur Spannrichtung der Membran. Mit anderen Worten: die Membran, bei der es sich typischerweise um eine Membran auf Cellulosebasis für Blutdialysatoren handelt, wird quer über die Platte 52 gelegt, während sie im wesentlichen parallel zur Richtung leicht gespannt oder gestrafft wird. Wie erwähnt, beträgt der Abstand zwischen den Vorsprüngen senkrecht zur Strömungsrichtung 81 etwa 1/3 des Vorsprungabstands in Strömungsrichtung 81.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß eine Dialysemembran auf Cellulosebasis und dergleichen im benetzten Zustand bestrebt ist, sich auszudehnen, wobei der Dehnungsgrad senkrecht zur Spannrichtung größer ist als in Spannrichtung. Wenn der Dehnungs- bzw. Expansionsgrad der feuchten Membran zu groß ist, kann die Membran durchsacken und die Dialysat-Strömungskanäle 83 zwischen den VorSprüngen 82 blockieren. Die Vorsprünge 82 sind daher zur Berücksichtigung dieses größeren Durchsackens der Membran senkrecht zur Strömungsrichtung 8l dichter beieinander angeordnet. Wenn die Membran

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auf den Platten quer zur Strömungsrichtung 8l gespannt wird, kann der Abstand zwischen den Vorsprüngen 82 entsprechend modifiziert werden, um ein unzulässiges Durchsacken der Membran zu verhindern.

An den Flächen einander benachbarter Platten sind als Abstandsstücke dienende Stege bzw. Rippen 84 ausgebildet, die jeweils mit den Stegen oder Rippen der anschließenden Platte übereinstimmen, wodurch die Vorsprünge 82 an den einander zugewandten Platten daran gehindert werden, sich während des Zusammenpressens des Plattenstapels zwischen einander zu verlagern.

Fig. 16 ist eine Teilansicht des Inneren der Schalen 30 und 32. Ein Dialysat-Einlaßrohr 56 ist flüssigkeitsdicht in eine entsprechende Aufnahme für den Einlaß eingedichtet, während eine Abstandrippe 50 dazu dient, die Platten gleichmäßig auf Abstand zu halten.

In den Fig. 9 bis 11 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Platten 85 dargestellt, die jeweils eine profilierte Fläche mit Vorsprüngen 86 (Fig. 11) aufweisen. Die Platte weist, ähnlich wie die vorher beschriebenen Platten, zwei Dichtschultern 88 auf, in denen jedoch mehrere Dialyseflüssigkeits-Einlässe 90 vorgesehen sind, welche durch an der Rückseite der Platte 85 vorgesehenen Nuten festgelegt werden, ähnlich wie dies beim Einlaß 62 gemäß Fig. 8 der Fall ist. öffnungen 92 entsprechen den öffnungen 68, und vier Dialysatkanäle 94 zur Förderungen der Dialyselösung erstrecken sich quer zu den durch die Vorsprünge 86 über die Platte 85 festgelegten Querrillen 87. Die Kanäle 94 besitzen jeweils unterschiedliche Länge, so daß sie die Dialyselösung gleichmäßig auf den Zwischenraum zwischen jeder Platte und ihrer zugeordneten Membran verteilen. Durch diese Anordnung wird gewährleistet, daß eine zufriedenstellende Zufuhr der Dialyselösung zu den von den Einlassen 90 entfernten Bereichen der

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Platte 85 erreicht wird. Gewünschtenfalls können die Vorsprünge 86 auf die in Verbindung mit Fig. 8 beschriebenen Weise auf Abstände voneinander angeordnet sein..

Auf entsprechende Weise sind mehrere Aufnahmekanäle 96 vorgesehen, welche die Flüssigkeit von der Platte über Öffnungen 98, die mit an der Rückseite der Platte 85 yorgesehenen Öffnungen bzw. Zulassen 100 kommunizieren, hinwegleiten, so daß die Lösung nach außen abgeführt werden kann, ohne daß die durch die Dichtschulter 88 hergestellte Abdichtung aufgehoben wird.

An der einen Seite der Platte 85 sind zahnartige Gebilde 102 vorgesehen, die eine Verteilerkammer für Blut bilden. Wie erwähnt, wird das Blut zwischen den zugeordneten Membranen (von denen eine in Fig. 10 bei 106 angedeutet ist) über die Platten geleitet, wobei es entsprechend an der anderen Seite der Platte 85 austritt.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Platten derart gestapelt, daß die zahnartigen Gebilde 102 einander benachbarter, zugewandter Platten jeweils auf den voneinander abgewandten Seiten liegen. Hierbei dient dann ein Satz von Zähnen 102 als Einlaßverteiler für das Blut, während der andere Satz an der anderen Platte als Auslaßsammler dient.

Stützrippen 108 wirken auf die gleiche Weise wie die Rippen 84 (Fig. 5)» um zu verhindern, daß die Vorsprünge 86 der einander zugewandten Platten ineinandergedrückt werden.

Die Figuren 12 bis 14 zeigen Längsschnittansichten einer der Vorrichtung gemäß Fig* 1 ähnelnden Vorrichtung, die eine ab-

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gewandelte Plattenkonstruktion aufweist. Wie vorher beschrieben, tritt hierbei das Blut über einen Einlaß 42 ein und über einen Auslaß 5^ aus. Die Dialyselösung tritt über einen Einlaß 56 in eine Verteilerkammer 60 ein, die - wie vorher beschrieben - durch Blöcke 79 unterstützt ist, welche ein Zusammendrücken der Verteilerkammer 60 während des Aufspritzens des Rahmens 38 verhindern. Die Dialyselösung strömt aus den Verteilerkammern 60 über eine Vielzahl von Kanälen 110, die an der Rückseite jeder Platte unterhalb von Dichtschultern 112 ausgebildet sind. Die Kanäle 110 kommunizieren mit Öffnungen HH₃ welche sich unmittelbar neben der Dichtschulter 112 vollständig durch die betreffende Platte erstrecken, um einen Zugang von den Kanälen 110 zur Vorderseite der Platte zu gewährleisten.

Der größte Teil jeder Platte ist mit einander abwechselnden Reihen von parallelen, kurzen Stegen oder Rippen 116 besetzt, die typischerweise höchstens etwa 0,05 bis 0,5 mm hoch, etwa 1 bis 1,5 mm lang und wesentlich schmäler (0,3 mm) sind, wobei die Rippen der einander abwechselnden Reihen gegenüber den Rippen der benachbarten Reihen Winkel festlegen. Vorzugsweise legen alle kurzen Rippen 116 spitze Winkel zu den Kanten der betreffenden Platte zwischen den Dichtschultern 112 fest, wobei auf der Platte mindestens in einer Richtung und vorzugsweise in beiden Richtungen eine ungerade Zahl der Reihen dieser Rippen vorgesehen ist, so daß die kurzen Rippen 116 der flächig aneinander anliegenden Platten die entsprechenden Rippen der benachbarten Platte kreuzen und berühren und dabei eine Abstandhalte- und Stützfunktion zwischen den Platten übernehmen. Dieser Zustand ist in Fig. Ik veranschaulicht, in welcher zwei einander benachbarte Membranen durch die einander kreuzenden Rippen Ho, 116' zweier benachbarter Platten gehalten

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und verspannt werden. Die in Fig. 13 in gestrichelten Linien eingezeichneten Rippen II6¹ veranschaulichen das gleiche Prinzip. Bei Verwendung der einander kreuzenden Rippen 116 sind die langen Stege oder Rippen 84 (Fig. 5) nicht mehr erforderlich, und außerdem wird hierbei eine gleichmäßigere Plattenunterstützung gewährleistet. Die Dialyselösung wird dabei in entsprechenden Sammelkanälen 118, welche den Teilen 110, 114 entsprechen, aufgefangen und sodann über einen Sammler 60 und einen Auslaß 57 abgeführt.

In Fig. 12 sind die Rippen II6 aus Gründen der Deutlichkeit in vergrößertem Maßstab und in einer kleineren Zahl von Reihen dargestellt, als dies in der Praxis normalerweise der Fall wäre. Ein typischer Rippenabstand 117 zwischen den Rippen benachbarter Reihen beträgt etwa 0,2 mm.

In Fig. 17 ist eine weiter abgewandelte Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, die zwei Schalen 120 und 122 aufweist. Der Bluteinlaß 54 entspricht im wesentlichen demjenigen gemäß den Fig. 1 und 12; das gleiche gilt auch für den Blutauslaß 42, den Rahmen 38 sowie für einen beispielhaft dargestellten Stapel aus Platten und Membranen mit Rippen 116, die auf die vorher beschriebene Weise wirken. Bei dieser Abwandlung sind jedoch der Einlaß und der Auslaß für Dialyselösung im Vergleich zum Gehäuse gemäß Fig. 1 oder 12 versetzt angeordnet, um die Gießschwierigkeiten zu vermeiden, die dann entstehen, wenn diese Ein- und Auslässe in den Gießvorgang des Rahmens 38 mit einbezogen werden. Demzufolge ist ein Dialysat-Einlaß 124 unterhalb des Rahmens 38 und ein Dialysat-Auslaß 126 oberhalb des Rahmens 38 angeordnet. Dabei sind Dialysat-Verteiler- oder -Sammlerkammern 128 vorgesehen, welche den Kammern 60 gemäß Fig. 12 und 15 entsprechen, jedoch so große Tiefe und ein solches Volumen besitzen, daß jegliche mögliche Strömungsungleichmäßigkeit infolge der

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ORIGINAL INSPECtED

asymmetrischen Anordnung von Einlaß 124 und Auslaß 126 ausgeschaltet wird.

Ersichtlicherweise können hierbei die Schalen 120 und 122 mit der gleichen Spritzgießform hergestellt und einfach dadurch zusammengesetzt werden, daß sie bei der Montage in entgegengesetzte Richtungen weisend angeordnet werden.

Selbstverständlich soll die vorstehende Offenbarung die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE :

1. Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Blutdialysator, mit einem Stapel von durch halbdurchlässige Membranen voneinander getrennten Platten, dadurch gekennzeichnet , daß zu beiden Seiten der Membranen zwei getrennte, gegeneinander abgedichtete Strömungspfade festgelegt sind, jede Platte (z.B. 52) eine profilierte Membran-Stützfläche aufweist, die mit mehreren Reihen von abstehenden VorSprüngen (z.B. 82) besetzt ist und außerdem mehrere Stützrippen (z.B. 84) aufweist, die sich in der allgemeinen Strömungsrichtung erstrecken und sich zur Bestimmung des Abstands zwischen einander zugewandten Platten an entsprechende Stützrippen einer benachbarten Platte anlegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten, gegeneinander abgedichteten Strömungspfade über die Platten im wesentlichen parallel und entgegengesetzt verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge einander abwechselnder Reihen gegenüber den Vorsprüngen der benachbarten Reihen seitlich versetzt sind, so daß sie sich im wesentlichen kreuzende Pluidum-Strömungskanäle über die Platte hinweg festlegen.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen Dialysemembranen sind, die auf den Platten über den Vorsprüngen angeordnet und in der einen Richtung gespannt oder gestrafft sind, und daß der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Vorsprünge in den in der allgemeinen Spannrichtung liegenden Reihen größer ist als der Mittenabstand der Vorsprünge in den quer zur allgemeinen Spannrichtung verlaufenden Reihen, so daß ein unerwünschter Durchhang der Membran im benetzten Zustand verhindert und ein niedriger Strömungswiderstand über die Platten gewährleistet wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den VorSprüngen in den in der allgemeinen Spannrichtung liegenden Reihen mindestens doppelt so groß ist wie der Vorsprungabstand in den quer dazu verlaufenden Reihen und daß die allgemeine Spannrichtung längs der allgemeinen Richtung der Fluidum-Strömungskanäle liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5_S dadurch gekennzeichnet, daß die Membran höchstens 20»u dick ist und daß die Vorsprünge in den quer zur allgemeinen Spannrichtung liegenden Reihen 0,3 bis 1,5 mm voneinander entfernt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenstapel durch zwei vergleichsweise dicke Druckplatten gehaltert bzw. unterstützt ist, welche die auf den Plattenstapel ausgeübte Druckbelastung gleichmäßig verteilen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die gestapelten Platten in zwei hohlen Schalen unterge-

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bracht sind, welche zusammen den Plattenstapel umschließen und die aneinander anliegende Umfangsflansche aufweisen, und daß um diese Plansche herum ein Rahmenteil ausgebildet ist, welches die Flansche fest gegeneinander verspannt.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Schalen jeweils einen zentralen Fluidum-Zulaß mit einer Umfangswand und eine Verteiler- oder Sammler-Kammer mit Umfangskanten als Mittel zur Leitung des Fluidums über die Platten aufweisen, daß die Kammern jeweils eine (sich allseitig verjüngende) abnehmende Tiefe besitzen, wobei die Tiefe der betreffenden Kammer an praktisch allen Stellen (d) längs von der Umfangswand ausgehender Radiallinien, welche die Umfangskanten senkrecht dazu schneiden, im wesentlichen der Formel

!2

2S χ (1 - S²/S_o ²)

entspricht, in welcher d_Q die Tiefe der betreffenden Verteiler- oder Sammler-Kammer unmittelbar unter der Umfangswand, multipliziert mit dem Umfang des zentralen Fluidum-Zulasses, S die Strecke des Punkts längs einer Radiallinie von der Umfangswand des Zulasses aus gemessen, S_Q den Gesamtabstand von der Umfangswand des Zulasses längs der Radiallinie zur Umfangskante des Verteilers oder Sammlers und C die Mindesttiefe der Kammer an der Umfangskante bedeuten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten Vorderseiten mit an den gegenüberliegenden

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Seitenkanten vorgesehenen Dichtschultern aufweisen, daß die Reihen der abstehenden VorSprünge auf der Platte zwischen den Schultern angeordnet sind, daß die Vorderseite jeder Platte durch eine Membran bedeckt ist, die an den beiden Enden um die Kanten der Platte zwischen den Dichtschultern herumgefaltet ist, so daß die gegenüberliegenden Membran-Enden nahe an der Rückseite der Platte liegen, daß die Platten den benachbarten Platten jeweils mit der Vorderseite bzw. mit der Rückseite zugewandt sind, so daß die Enden der Membranen zwischen den Rückseiten benachbarter Platten und die Membranränder zwischen den Dichtschultern verspannt sind, und daß ein Verteiler zur Leitung eines Pluidums quer über die Platten durch die zwischen der Platte und der zugeordneten Membran festgelegten Fluidum-Strömungskanäle sowie ein zweiter Verteiler oder Sammler vorgesehen sind, um Fluidum zwischen den Membranen der einander mit ihren Vorderseiten zugewandten Platten über die Platten zu leiten.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten an jeder Kante zwischen den Dichtschultern mehrere Nuten festlegen, die quer zur Richtung der Fluidum-Strömungskanäle verlaufen und mit diesen kommunizieren, und daß die Nuten unterschiedliche Längen besitzen und sich am einen Ende durch die Dichtschultern zur Plattenkante hin öffnen, so daß sie eine gleichmäßige Fluidumverteilung zum Raum zwischen jeder Platte und der zugeordneten Membran gewährleisten und das Fluidum entsprechend sammeln und über eine Dichtschulter nach außen ableiten.

12, Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Dialysator, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus einer Anzahl von gestapelten Platten und darüberlie-

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genden Membranen, wobei die Platten eine Vielzahl von Reihen von auf Abstand stehenden Vorsprüngen aufweisen, die Strömungskanäle bilden, dadurch gekennzeichnet , daß die über den Platten liegenden Membranen über den VorSprüngen in der einen Richtung gespannt bzw. gestrafft sind und daß der Mittenabstand zwischen den Vorsprüngen in der einen Richtung größer ist als ihr Mittenabstand quer zu dieser Richtung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die allgemeine Richtung der Pluidumströmung über die Membranen der Platten der genannten Richtung annähert.

Ik. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in den in die- genannte Richtung verlaufenden Reihen mindestens doppelt so weit voneinander entfernt sind wie in Querrichtung.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus Zellulosematerial besteht.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten Vorderseiten mit an den gegenüberliegenden Seitenkanten vorgesehenen Dichtschultern aufweisen, daß die Reihen der abstehenden Vorsprünge auf der Platte zwischen den Schultern angeordnet sind, daß die Vorderseite jeder Platte durch eine Membran bedeckt ist, die an den beiden Enden um die Kanten der Platte zwischen den Dichtschultern herumgefaltet ist, so daß die gegenüberliegenden Membran-Enden nahe an der Rückseite der Platte liegen, daß die Platten den benachbarten Platten jeweils mit der Vorderseite bzw. mit der Rückseite zugewandt sind, so daß die

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Enden der Membranen zwischen den Rückseiten benachbarter Platten und die Membranränder zwischen den Dichtschultern verspannt sind, und daß ein Verteiler zur Leitung eines Fluidums quer über die Platten durch die zwischen der Platte und der zugeordneten Membran festgelegten Fluidum-Strömungskanäle sowie ein zweiter Verteiler oder Sammler vorgesehen sind, um Fluidum zwischen den Membranen der einander mit ihren Vorderseiten zugewandten Platten über die Platten zu leiten.

17. Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Dialysator, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus mehreren gestapelten Platten, über denen Membranen liegen, welche getrennte Strömungspfade durch die DiffusionsVorrichtung festlegen, dadurch gekennzeichnet , daß an der einen Fläche jeder Platte eine Vielzahl von kurzen Stegen oder Rippen vorgesehen ist, welche die Fluidum-Strömungskanäle festlegen, daß die kurzen Rippen in Reihen von jeweils parallel zueinander liegenden Rippen angeordnet sind und <feß die Rippen jeder Reihe unter einem Winkel zu den Rippen der unmittelbar benachbarten Reihen liegen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Rippen jeweils unter einem spitzen Winkel zu den Plattenkanten angeordnet sind, daß jede Platte an ihren beiden Enden Dichtschultern aufweist und daß die Rippen zwischen den Dichtschultern angeordnet sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß · auf jeder Platte eine ungerade Zahl von Reihen kurzer Rippen vorhanden ist, so daß die kurzen Rippen identischer, mit den Vorderseiten aneinander anliegender Platten ein-

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ander unter gegenseitiger Berührung unter einem Winkel schneiden und somit die Platten auf Abstand voneinander halten und gegenseitig abstützen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die kurzen Rippen höchstens 0,05 bis 0,5 mm hoch, etwa 1 bis 1,5 mm lang und wesentlich schmäler als lang sind.

21. Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Dialysator, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus einer Anzahl von gestapelten Platten und darüber liegenden Membranen, dadurch gekennzeichnet , daß die eine Seite jeder Platte unter Festlegung von Strömungskanälen über die Platte profiliert ist und daß an der einen Plattenkante eine Reihe von auf Abstand stehenden, nach oben abstehenden Zähnen vorgesehen ist, die Strömungskanäle festlegen, welche über die Plattenkante hinweg eine Verbindung zwischen der Plattenfläche und der Außenseite an der Plattenkante herstellen.

22. Diffusionsvorrichtung, beispielsweise Dialysator, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus einer Anzahl von gestapelten Platten und darüber liegenden Membranen, dadurch gekennzeichnet , daß sie ein Gehäuse aus zwei hohlen Schalen aufweist, welche gemeinsam den Plattenstapel umschließen und die aneinander anliegende Umfangsflansche aufweisen, und daß um die Plansche herum ein Rahmenteil ausgebildet ist, welches die Flansche fest gegeneinander verspannt.

23. Verfahren zum Herstellen einer Diffusionsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere zum Abdichten einer Diffusionsvorrichtung aus einer Anzahl von gestapelten Platten und zugeordneten, die eine Seite jeder

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Platte bedeckenden Diffusionsmembranen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus den Platten und den Membranen in zwei hohle Schalen eingesetzt wird, die gemeinsam die Platten umschließen und die jeweils einen Umfangsflansch aufweisen, welche im zusammengesetzten, den Stapel umschließenden Zustand aneinander anliegen, daß anschließend um den Umfang der Flansche ein einheitliches bzw. einstückiges Halteglied herumgegossen wird und daß die Schalen und die Flansche bis zum Aushärten des Halteglieds gegeneinander verspannt gehalten werden, worauf das einstückige Halteglied die Flansche sicher gegeneinander verspannt.

24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Halteglied ein durch Spritzguß hergestellter Kunststoff-Rahmen ist, welcher die Umfangsabschnitte der Flansche umschließt.

25. Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß der Plattenstapel vor dem Umhüllen zusammengepreßt wird, um die Platten und die Membranen zu einem verpreßten, insbesondere auch preßdruckgeschweißten, im wesentlichen einheitlichen Stapel zusammenzufügen.

26. Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, daß Membran·
werden.

Membranen mit einer Dicke von höchstens 20 ,u verwendet

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus den Platten und Membranen unter einem Druck von etwa 14 bis 28 kg/cm verpreßt wird.

28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Platten Fluidum-Strömungskanäle aufweisen, die von Stellen nahe der beiden

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Plattenkanten vom einen Ende der Platte zum anderen verlaufen, und wobei die Platten symmetrisch ausgebildet sind und die Kanäle sich durch die gegenüberliegenden Plattenenden hindurch erstrecken und über diese mit der Außenseite kommunizieren,dadurch gekennzeichnet , daß vor dem Umhüllen des Plattenstapels durch die Schale das eine Ende jedes Kanals jeder Platte verschlossen wird.

29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüberliegenden Enden jedes Kanals an den beiden oder gegenüberliegenden Enden der Platte abgedichtet werden.

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