DE69106062T2

DE69106062T2 - Bündel aus selektiv durchlässigen Hohlfasern und diese enthaltende Trennungsvorrichtung für Fluide.

Info

Publication number: DE69106062T2
Application number: DE69106062T
Authority: DE
Inventors: Tomoji Hanai; Joji Nishikido; Yoshiaki Nitadori; Tetsuo Watanabe
Original assignee: Asahi Medical Co Ltd
Current assignee: Asahi Kasei Medical Co Ltd
Priority date: 1990-07-02
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1995-08-10
Anticipated expiration: 2011-07-02
Also published as: EP0464737B1; US5198110A; EP0464737A1; KR920002212A; KR930012046B1; DE69106062D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bündel von permselektiven Hohlfasern und eine Trennvorrichtung für Fluide, die diese enthält. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung ein Bündel, das zahlreiche poröse Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, und zahlreiche Filamente, die im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg mit den Hohlfasern vermischt sind, wobei im wesentlichen alle dieser Filamente jeweils mit mindestens einer dieser Hohlfasern im Eingriff stehen, so daß die Hohlfasern in Form eines untrennbaren Bündels gehalten werden. Ferner betrifft die Erfindung eine Trennvorrichtung für Fluide, die das Bündel zur Verwendung bei der Abtrennung einer Komponente oder mehrerer Komponenten aus einer Flüssigkeit oder einem Gasgemisch enthält, z. B. für die Verwendung bei der Dialyse, Ultrafiltration, Osmose, Umkehrosmose, Drucktrennung von Gasgemischen und dergl.
Das erfindungsgemäße Bündel weist nicht nur ein hohes Packungsverhältnis der Hohlfasern, sondern auch eine wirksame Anordnung auf, um enge, jedoch gleichmäßige Zwischenräume zwischen den Hohlfasern sicherzustellen, so daß sich in wirksamer Weise die hervorragenden Gebrauchseigenschaften jeder Hohlfaser zeigen.
Im Hinblick auf die Trennvorrichtung für Fluide, die die Hohlfasern umfaßt, ist der Bedarf an einer Vorrichtung, die eine geringe Größe aufweist, jedoch gute Gebrauchseigenschaften zeigt, auf diesem Gebiet sehr groß. Um den starken Bedarf zu erfüllen, sind verschiedene Vorschläge gemacht worden.
US-Patent 4 293 418 beschreibt eine Trennvorrichtung für Fluide, die ein Bündel von zahlreichen Hohlfaserelementen umfaßt. Jedes der Hohlfaserelemente besteht aus einer oder zwei permselektiven Hohlfasern und einem Abstandshaltergarn, das aus einem texturierten Garn besteht. Das Abstandshaltergarn ist spiralförmig um eine oder zwei Hohlfasern gewunden, und die scheinbare Dicke des Abstandshaltergarns entspricht dem 0,5- bis 3-fachen des Außendurchmessers der Hohlfaser, wobei der Außendurchiesser 50 bis 600 um beträgt. Die Windungen sind regelmäßig, und die Anzahl der Windungen des Abstandshaltergarns um jede Hohlfaser beträgt 0,5 bis 20 pro 10 mm Länge der Hohlfaser. Das Hohlfaserpackungsverhältnis in der Trennvorrichtung beträgt 30 bis 78 %. Wenn es beabsichtigt ist, ein Hohlfaserpackungsverhältnis mit einem hohen Wert von 60 % oder mehr zu erhalten, dann muß das Bündel aus Hohlfasern zusammengedrückt werden, so daß es einen verringerten Durchmesser vor dem Einbau in das röhrenförmige Gehäuse der Trennvorrichtung für Fluide aufweist. Es ist wahrscheinlich, daß dieses Zusammendrücken mit einem Bruch von Hohlfasern verbunden ist, und daher ist die Ausbeute an Anordnungen schlecht. Die Verwendung eines Abstandshaltergarns mit einem kleinen Durchmesser, der gewählt wird, um ein hohes Hohlfaserpackungsverhältnis zu erzielen, führt dazu, daß das Wickeln des Abstandshaltergarns um die Hohlfaser überaus schwierig wird, und dies führt dazu, daß die Massenproduktion von Hohlfaserbündeln nicht möglich ist. Da ferner das spiralförmige gewundene Abstandshaltergarn für einen Zwischenraum zwischen den Hohlfasern nur in Abständen und nicht kontinuierlich über die Länge der Hohlfasern sorgt, ist die Funktion des Abstandshaltergarns als ein Abstandshalter nicht zufriedenstellend, wenn der Durchmesser des Abstandshaltergarns klein ist. Dies führt zu einem schlechten Trennwirkungsgrad. Daher ist es gemäß dem Vorschlag von US-Patent 4 293 418 schwierig, sowohl ein hohes Hohlfaserpackungsverhältnis als auch einen hohen Trennwirkungsgrad zu erzielen.
JP-A-2-60658/1990 beschreibt ein Bündel von Hohlfasern, von denen ein Teil durch dicke Fäden ersetzt ist, die keine Trennaktivität aufweisen. Gemäß dem Vorschlag der vorstehend genannten Patentanmeldung ist wiederum ein Bündel, das sowohl ein hohes Hohlfaserpackungsverhältnis als auch einen hohen Trennwirkungsgrad aufweist, nicht zu erwarten. Ferner weist der eingesetzte Faden verschiedene Modifizierungen auf. Zum Beispiel kann er in Längsrichtung wellig sein, oder sein Durchmesser kann in Längsrichtung verändert sein. Ferner kann er spiralförmig aufgewickelt sein. Außerdem kann seine Oberfläche ungleichmäßig sein. Die Herstellung eines derartigen Fadens ist schwierig und teuer.
US-Patent 4 950 391 beschreibt eine Hohlfaserdialysevorrichtung, die (1) ein Gehäuse, (2) Einbettmassen im Gehäuse, die eine Dialysekammer zwischen den Massen definieren und Bluteinstrom- und Ausstromkammern außerhalb der Nassen zwischen den Massen und dem Gehäuse definieren, (3) Hohlfasern, die an beiden Enden befestigt und dicht mit den Einbettmassen verbunden sind, so daß die Innenräume der Fasern in Verbindung mit den Einstrom- und Ausstromkammern stehen und die Außenseiten der Fasern in der Dialysekammer freiliegen, und (4) Abstandshalterfäden, die an beiden Enden in den Einbettmassen befestigt sind, die parallel zueinander und zu den Fasern sind, die gleichförmig in der Dialysekammer verteilt sind und die unabhängig von den einzelnen Hohlfasern sind, umfaßt. Die Anzahl der Fäden relativ zur Anzahl der Hohlfasern kann variiert und modifiziert werden, um Dialysevorrichtungen mit unterschiedlicher Kapazität ungeachtet der Verwendung ein und desselben Gehäuses herzustellen. Die Fäden dienen dazu, tote (oder nicht erforderliche) Räume in der Dialysekammer zu füllen. Die Fäden weisen ungefähr den gleichen Durchmesser oder einen etwas geringeren Durchmesser als die Hohlfasern auf. Abhängig von der Kapazität kann ein Faden für etwa 10 bis 25 Hohlfasern bereitgestellt werden, wobei das Verhältnis von Fäden zu Hohlfasern jedoch variiert werden kann. Gemäß dem Vorschlag von US-Patent 4 950 391 kann eine Trennvorrichtung für Fluide mit geringer Größe, die jedoch einen hohen Trennwirkungsgrad zeigt, nicht erhalten werden.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben umfangreiche und gründliche Untersuchungen im Hinblick auf die Entwicklung eines Bündels durchgeführt, das nicht nur ein hohes Packungsverhältnis der Hohlfasern aufweist, sondern auch eine wirksame Anordnung, um enge, jedoch gleichförmige Abstände zwischen den Hohlfasern sicherzustellen, so daß sich die hervorragenden Gebrauchseigenschaften jeder Hohlfaser zeigen. Als Ergebnis haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung unerwarteterweise festgestellt, daß das gewünschte Bündel von Hohlfasern durch eine neue, spezielle Anordnung von Hohlfasern und Filamenten anstelle eines Garns, das mehrfache Filamente enthält, erhalten werden kann, wobei die Filamente eine Feinheit mit einem geringen Wert von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) aufweisen, wobei die Filamente anstelle eines regulären spiralförmigen Umwickelns von 1 oder 2 Hohlfasern regellos mit den Hohlfasern vermischt sind, und zwar im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg, und wobei im wesentlichen alle Filamente mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff stehen oder verwoben sind, so daß sie die Hohlfasern in Form eines untrennbaren Bündels halten. Ferner haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, daß die Ausdehnung der Hohlfasern, wenn sie naß werden, durch die neue, spezielle Anordnung der Hohlfasern und Filamente nicht behindert wird. Die vorliegende Erfindung basiert auf diesen neuen Befunden.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Bündel von permselektiven Hohlfasern mit einem hohen Packungsverhältnis der darin befindlichen Hohlfasern und mit einer Struktur bereitzustellen, so daß die äußere Oberfläche der Hohlfasern des Bündels in wirksamer Weise für die Trennung von Fluiden verwendet werden kann, wenn das Bündel in das Gehäuse einer Trennvorrichtung für Fluide eingesetzt und für die Trennung von Fluiden verwendet wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Trennvorrichtung für Fluide bereitzustellen, die ein Bündel von permselektiven Hohlfasern enthält, wobei die Trennvorrichtung eine geringe Größe aufweist, jedoch einen hervorragenden Trennwirkungsgrad zeigt.
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zusammen mit der begleitenden Zeichnung ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der begleitenden Zeichnung:
zeigt Fig. 1 eine diagrammatische, perspektivische Ansicht einer Form eines Bündels von permselektiven Hohlfasern der vorliegenden Erfindung;
zeigt Fig. 2 eine diagrammatische, vergrößerte Ansicht einer mikroskopischen Aufnahme (teilweise perspektivische Ansicht) einer Form des Bündels von permselektiven Hohlfasern der vorliegenden Erfindung, das in einer Richtung senkrecht zur Achse des Bündels geschnitten ist; und
zeigt Fig. 3 einen diagrammatischen Längsschnitt einer Form der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung für Fluide, in die das Bündel der permselektiven Hohlfasern der vorliegenden Erfindung eingebaut ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bündel von permselektiven Hohlfasern bereitgestellt, welches umfaßt:
zahlreiche poröse Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede Hohlfaser einen ringförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser von 100 bis 1000 um hat, und
zahlreiche Filamente, die im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg mit den Hohlfasern vermischt und verwoben sind, wobei jedes Filament eine Feinheit von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) hat,
wobei das Verhältnis der Anzahl dieser Filamente zu der Anzahl der Hohlfasern 2 bis 3000 beträgt;
im wesentlichen alle dieser Filamente jeweils mit mindestens einer dieser Hohlfasern in Eingriff stehen und verwoben sind, so daß die im wesentlichen sich parallel erstreckenden Hohlfasern mit Hilfe der Filamente in Form eines untrennbaren Bündels gehalten werden, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern verbleiben.
Eine diagrammatische perspektivische Ansicht einer Form des Bündels aus permselektiven Hohlfasern der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 stellen die sich in Längsrichtung erstreckenden Linien Hohlfasern dar. In Fig. 1 sind die Filamente weggelassen, da die Filamente im Vergleich zu den Hohlfasern sehr fein sind und nicht ohne weiteres erkannt werden können.
Fig. 2 zeigt eine diagrammatische vergrößerte Ansicht einer mikroskopischen Aufnahme (teilweise perspektivische Ansicht) einer Form des Bündels aus permselektiven Hohlfasern der vorliegenden Erfindung, das in einer Richtung senkrecht zur Achse des Bündels geschnitten ist. Die Ansicht zeigt eine typische Anordnung von Hohlfasern 1 und Filamenten 2 im Bündel der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 scheinen die oberen Enden der geschnittenen Filamente 2 über die Ebene der Querschnitte der Hohlfasern hinauszuragen. Dieses Hervorstehen hat seinen Grund im Unterschied der Elastizität zwischen der Hohlfaser 1 und dem Filament 2. Die Filamente 2 dehnen sich leicht während des Schneidens.
Material, Porenstruktur, Morphologie, und Durchmesser des Querschnitts, Wanddicke und dergl. der Hohlfaser, die in dem erfindungsgemäßen Bündel verwendet wird, ist nicht kritisch, solange eine geeignete Permselektivität sichergestellt ist.
Es kann eine Vielzahl von Hohlfasern in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, für die Bezug auf die US-Patente 3 888 771, 3 930 105, 4 056 467 und 4 221 903, auf JP-A-61- 20560 und JP-A-50-128773, auf EP-A-341 309 und auf das UK- Patent 2 001 899 genommen wird.
Repräsentative Beispiele für Hohlfasermaterialien umfassen Polyolefine, wie Polypropylen; Polystyrol; Polyacrylnitril; Polymethylmethacrylat; Polyamide; Polyester; Cellulosematerialien, wie Cuprammonium-regenerierte Cellulose; und Cellulosederivate, wie Celluloseacetat.
Im erfindungsgemäßen Bündel von permselektiven Hohlfasern weist jede Hohlfaser einen ringförmigen Querschnitt mit einem Außendurcbmesser von 100 bis 1000 um auf.
Im Bündel der vorliegenden Erfindung stehen im wesentlichen alle der Filamente einzeln und/oder in Kombination mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff und sind damit verwoben, wodurch die Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel erstrecken, in Form eines untrennbaren Bündels durch die Filamente gehalten werden, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern verbleiben. Die Zwischenräume sind im allgemeinen überaus eng und gleichförmig. Wenn die Filamente in Kombination mit den Hohlfasern in Eingriff stehen, dann können die Filamente miteinander verdrillt sein. Das Bündel der vorliegenden Erfindung kann freie Filamente enthalten, die nicht mit Hohlfasern im Eingriff stehen. Derartige freie Filamente können sich einzeln in getrennter Form erstrecken und/oder in einer Weise erstrecken, so daß die Filamente miteinander verdrillt sind.
Vom Standpunkt der für die Bildung der Bündel und der Bereitstellung der Zwischenräume sorgenden Funktionen der Filamente sind die Feinheit des Filaments und das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern kritische Merkmale. Die Feinheit jedes Filaments liegt im Bereich von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier), vorzugsweise im Bereich von 0,56 bis 11,1 dtex (0,5 bis 10 Denier) und insbesondere im Bereich von 1,1 bis 5,6 dtex (1 bis 5 Denier). Vom Standpunkt der Verbesserung der Bindung der Hohlfasern wird die Verwendung von Filamenten mit einem möglichst kleinen Wert für die Feinheit bevorzugt, da derartige Filamente eine wirksame Vermischung mit den Hohlfasern sicherstellen, wirksam mit den Hohlfasern im Eingriff stehen und eine wirksame Verdrillung zwischen den Filamenten sicherstellen. Wenn jedoch der Wert für die Feinheit der Filamente kleiner als 0,056 dtex (0,05 Denier) ist, ist nicht nur die Verarbeitbarkeit überaus schlecht, sondern es ist auch die gleichmäßige Verteilung der Hohlfasern schwierig, und ferner verbleiben keine geeigneten Zwischenräume zwischen den Hohlfasern.
Wenn andererseits der Wert für die Feinheit der Filamente größer als 22,2 dtex (20 Denier) ist, dann ist das Packungsverhältnis der Hohlfasern in dem Bündel zu gering, und die effektive Oberfläche der Hohlfasern ist zu klein. Dies sind Nachteile vom Standpunkt der Erzielung eines Bündels für die Verwendung in einer Vorrichtung zur Trennung von Fluiden, die kompakt ist, während ein hoher Trennwirkungsgrad erzielt wird. Wenn der Wert für die Feinheit der Filamente größer als 22,2 dtex (20 Denier) ist, dann wird ferner die Steifigkeit der Filamente in unvorteilhafter Weise zu stark, was das Vermischen und Eingreifen zwischen den Filamenten und den Hohlfasern und das Verdrillen zwischen den Filamenten beeinflußt.
Das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 3000, vorzugsweise im Bereich von 2 bis 500 und insbesondere im Bereich von 3 bis 100. Wenn das Verhältnis kleiner als 2 ist, dann können ausreichende, gleichförmige Zwischenräume zwischen den Hohlfasern nicht gebildet werden, so daß ein so unregelmäßiger Strom von Fluid durch die Zwischenräume hervorgerufen wird, daß der Trennwirkungsgrad überaus schlecht ist. Wenn das Verhältnis kleiner als 2 ist, dann ist ferner die Bindung der Hohlfasern durch die Filamente nicht zufriedenstellend.
Ein geeignetes Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern wird im Bereich von 2 bis 3000 gewählt, wobei die Feinheit der Filamente in Rechnung gestellt wird. Insbesondere gilt: Je kleiner die Feinheit der Filamente, um so größer das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern. Das Verhältnis sollte jedoch 3000 nicht überschreiten. Wenn das Verhältnis 3000 überschreitet, dann ist das Packungsverhältnis der Hohlfasern im Bündel zu gering, und die effektive Oberfläche der permselektiven Hohlfasern ist zu klein. Dies sind Nachteile vom Standpunkt der Erzielung einer Trennvorrichtung für Fluide mit einer kleinen Größe, die jedoch imstande ist, einen hervorragenden Trennwirkungsgrad zu zeigen.
Wenn Filamente mit der vorstehend definierten Feinheit im vorstehend definierten Verhältnis verwendet werden, dann werden ein geeignetes Vermischen und Eingreifen zwischen den Filamenten und den Hohlfasern bei mindestens einem Abschnitt jeder Hohlfaser erzielt, so daß ein untrennbares Bündel gebildet wird.
Das Material der Filamente ist nicht kritisch, und es kann aus einer Vielzahl von Klassen, wie Polyestern, Polyamiden, Polyacrylnitril, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenfluorid, Cellulose und Celluloseestern, ausgewählt werden, wobei das Gebiet und die Art der Verwendung des Bündels berücksichtigt werden. Insbesondere wenn das Bündel einem korrodierenden Fluid ausgesetzt wird, wird Polyvinylidenfluorid vorzugsweise verwendet. Wenn das Bündel bei der Hämodialyse verwendet wird, dann werden ein Polyester und ein Celluloseester aufgrund der geringen Kontamination von Blut bevorzugt.
Solange das Filament die vorstehend definierte Feinheit aufweist, ist die Morphologie des Filaments nicht beschränkt. Ein Monofilament, das in Längsrichtung gleichförmig im Hinblick auf die Form des Querschnitts ist, wird jedoch im allgemeinen vom Standpunkt des Packungsverhältnisses der Hohlfasern im Bündel und der Einfachheit und der Kosten der Herstellung des Bündels bevorzugt. Wenn das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern klein ist, dann ist es bevorzugt, daß die Filamente einen nicht-kreisförmigen Querschnitt anstelle eines kreisförmigen Querschnitts aufweisen, da ersterer das Vermischen und Eingreifen zwischen den Filamenten und den Hohlfasern und das Verdrillen zwischen den Filamenten verbessert.
In der vorliegenden Erfindung sind zahlreiche Filamente mit zahlreichen permselektiven, porösen Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, vermischt. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß nicht notwendigerweise alle einzelnen Filamente in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern angeordnet sind, und daß ein Teil der einzelnen Filamente in Abschnitten davon wellig sein kann oder sich schräg über mehrere Hohlfasern erstrecken kann. Ein Teil der Filamente ist miteinander verdrillt, und ein anderer Teil der Filamente ist mit einer oder zahlreichen Hohlfasern auf eine solche Weise vermischt oder steht damit im Eingriff, daß die Filamente über den Oberflächen der Außenwände der Hohlfasern liegen. Das Vermischen und Eingreifen zwischen den Filamenten und den Hohlfasern und das Verdrillen zwischen den Filamenten sind insgesamt wirksam, um den Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, die Form eines untrennbaren dichten Bündels zu geben, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern gelassen werden.
Das Verfahren zur Herstellung des Bundels, das zahlreiche poröse Hohlfasern und zahlreiche Filamente gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt, ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel kann das Bündel einfach durch Winden einer Hohlfaser zusammen mit zahlreichen einzelnen Filamenten, die jeweils eine Feinheit von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) aufweisen, um eine Docke ("hank"), bis ein Bündel mit einem vorbestimmten Durchmesser um die Docke gebildet wird, hergestellt werden, und zwar auf eine solche Weise, daß die Filamente mit den Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg vermischt werden und daß im wesentlichen alle Filamente jeweils mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff stehen, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern gelassen werden. Alternativ dazu kann das Bündel hergestellt werden, indem um eine Docke eine oder mehrere Hohlfasern zusammen mit einem Multifilament, das aus zahlreichen einzelnen Filamenten, die jeweils eine Feinheit von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) aufweisen, gewunden werden, während ein turbulenter Luftstrom oder Wasserstrom zum Trennen des Multifilaments angewandt wird, bis ein Bündel mit einem vorbestimmten Durchmesser um die Docke gebildet wird, und zwar in einer solchen Weise, daß die Filamente mit den Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg vermischt werden und daß im wesentlichen alle Filamente jeweils mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff stehen, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern gelassen werden. Bei dem letztgenannten Verfahren kann, um das Vermischen und Eingreifen zwischen Filamenten und Hohlfasern zu verbessern, das um die Docke gebildete Bündel herausgenommen und geschnitten werden, um ein longitudinales Bündel zu erhalten, auf das ein Wasserstrom oder ein turbulenter Luftstrom angewandt wird, gegebenenfalls unter Vibration, während ein Ende des longitudinalen Bündels festgehalten wird und das andere Ende des longitudinalen Bündels frei bleibt. Wenn ein Multifilament verwendet wird, dann wird ein nicht texturiertes Multifilament vom Standpunkt des gewünschten Eingreifens der Filamente mit den Hohlfasern bevorzugt.
In der vorliegenden Erfindung wird es bevorzugt, daß jedes Filament einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser aufweist, der im Bereich von 1/10 bis 1/100 des Außendurchmessers des Querschnitts der Hohlfasern liegt. In diesem Fall kann, da der Durchmesser des Filaments im Vergleich mit dem der Hohlfaser außerordentlich klein ist, ein Bündel mit einem hohen Packungsverhältnis der Hohlfasern erhalten werden.
Herkömmlicherweise werden Hohlfasern durch eine Zwangseinrichtung, wie ein Band und ein Einwickelpapier, vor dem Einbau in das Gehäuse einer Vorrichtung zur Trennung von Fluiden gebündeltl da ohne eine derartige Zwangseinrichtung die Hohlfasern getrennt werden. Im Gegensatz dazu werden erfindungsgemäß die Hohlfasern in Form eines untrennbaren Bündels mittels der Filamente gebracht, während enge, jedoch gleichförmige Zwischenräume zwischen den Hohlfasern gelassen werden. Das erfindungsgemäße Bündel ist untrennbar, sofern nicht eine äußere, trennende Kraft angewandt wird, und auf diese Weise ist es einfach zu handhaben. Daher ist es, wenn das erfindungsgemäße Bündel bei der Herstellung einer Vorrichtung von Fluiden verwendet wird, nicht erforderlich, das vorstehend erwähnte Band oder Einwickelpapier zu verwenden, da bei dem Bündel die Trennung der einzelnen Hohlfasern vom Rand des Bündels und ein Brechen und Beschädigen der Hohlfasern während der Handhabung nicht auftreten. Dementsprechend kann der Einbau des erfindungsgemäßen Bündels in das Gehäuse einer Vorrichtung zur Trennung von Fluiden sehr einfach durchgeführt werden, da die Stufen der Anordnung eines Bandes oder eines Einwickelpapiers um die Hohlfasern vor dem Einbau in das Gehäuse und die anschließende Entfernung des Bandes oder Einwickelpapiers vermieden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Trennvorrichtung für Fluide bereitgestellt, welche umfaßt:
ein mit einer Fluid-Einlaßöffnung und einer Fluid-Auslaßöffnung versehenes Gehäuse und
ein Bündel von permselektiven Hohlfasern, welches umfaßt:
zahlreiche poröse Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede Hohlfaser einen ringförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser von 100 bis 1000 um hat; und
zahlreiche Filamente, die im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg mit den Hohlfasern vermischt und verwoben sind, wobei jedes Filament eine Feinheit von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) hat;
wobei das Verhältnis der Anzahl dieser Filamente zu der Anzahl der Hohlfasern 2 bis 3000 beträgt;
im wesentlichen alle diese Filamente jeweils mit mindestens einer dieser Hohlfasern im Eingriff stehen und verwoben sind, so daß die im wesentlichen sich parallel erstreckenden Hohlfasern mit Hilfe der Filamente in Form eines untrennbaren Bündels gehalten werden, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern verbleiben;
wobei das Bündel von permselektiven Hohlfasern in dem Gehäuse in Längsrichtung des Gehäuses vorgesehen ist und jede Hohlfaser Öffnungen an ihren beiden Enden aufweist,
wobei die Hohlfasern und die Filamente an beiden Endbereichen miteinander verbunden sind, wobei die Öffnungen der Hohlfasern freigelassen sind, und fluiddicht an den beiden verbundenen Endbereichen an der Innenwand des Gehäuses befestigt sind, so daß die Isolierung der Öffnungen der Hohlfasern gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erreicht ist,
wobei die Öffnungen jeder Hohlfaser an dem einen Ende und an dem anderen Ende mit der Fluid-Einlaßöffnungen bzw. der Fluid-Auslaßöffnung in Verbindung stehen, und
das Gehäuse eine erste Öffnung und eine zweite Öffnung besitzt, die mit den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern in Verbindung stehen.
Fig. 3 zeigt einen diagrammatischen Längsschnitt einer Form der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung für Fluide. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist ein erfindungsgemäßes Bündel von permselektiven Hohlfasern 6 in ein zylindrisches Gehäuse eingesetzt, das aus einem Kopfteil 12 und einem Zylinder 3 besteht und mit einer Fluid-Einlaßöffnung 9 und einer Fluid- Auslaßöffnung 10 zusammen mit einer ersten Öffnung 4 und einer zweiten Öffnung 5 versehen ist. Das Gehäuse ist nicht auf eine zylindrische Form beschränkt, sondern kann jede beliebige andere Form annehmen, solange der Zweck der Trennvorrichtung nicht ungünstig beeinflußt wird. Das Bündel ist im Gehäusezylinder 3 entlang der Länge des Gehäusezylinders 3 angeordnet, und Hohlfasern 6 und Filamente (nicht gezeigt), die im wesentlichen die gleiche Länge wie die Hohlfasern 6 aufweisen, sind miteinander an ihren beiden Endbereichen verbunden, während die Öffnungen der Hohlfasern freigelassen werden, und fluiddicht an den beiden Endabschnitten an der Innenwand des Gehäusezylinders 3 mit einem Klebstoff (Einbettmittel oder Einschlußmittel) 7 befestigt, so daß die Isolierung der Öffnungen (und Innenräume) der Hohlfasern gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erreicht ist. Jede Hohlfaser 6 weist Öffnungen 8 an ihren beiden Enden auf, und die Öffnungen 8 jeder Hohlfaser 6 an einem ihrer Enden und an ihrem anderen Ende stehen mit der Fluid-Einlaßöffnungen 9 bzw. der Fluid-Auslaßöffnung 10 in Verbindung. Die erste Öffnung 4 und die zweite Öffnung 5 stehen mit den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern 6 in Verbindung.
Das vorstehend erwähnte Gehäuse, das aus dem Kopfteil 12 und dem Zylinder 3 besteht und mit der Fluid-Einlaßöffnung 9 und der Fluid-Auslaßöffnung 10 zusammen mit einer ersten Öffnung 4 und einer zweiten Öffnung 5 versehen ist, ist nicht besonders beschränkt, und herkömmliche Gehäuse können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei Bezug z. B. auf JP-B-1 402 498 genommen wird. Ferner ist der vorstehend genannte Klebstoff (Einbettmittel oder Einschlußmittel) 7 nicht kritisch, und herkömmliche Klebstoffe können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei Bezug z. B. auf US-Patent 3 962 094 genommen wird.
Wenn nur Hohlfasern ohne die Verwendung von Filamenten gebündelt werden, dann werden bei einem Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Trennvorrichtung, das einen hohen Wert von z. B. 68 % annimmt, überaus dichte Bereiche der Hohlfasern im Gehäuse an beiden Endbereichen der Hohlfasern, die miteinander verbunden und am Gehäuse befestigt sind, gebildet. In derartigen, überaus dichten Bereichen der Hohlfasern sind die Zwischenräume der Hohlfasern zu eng, als daß ein Klebstoff mit einer hohen Viskosität dort hinein eindringen könnte. Dies führt zu fehlerhaften Trennvorrichtungen für Fluide. Um mit diesem Problem fertig zu werden, wird üblicherweise die Steifigkeit der vorstehend genannten Endbereiche des Bündels von Hohlfasern durch Kneten und Reiben vor dem Einbau der Hohlfasern in das Gehäuse verringert. Bei diesem Kneten und Reiben besteht die jedoch die Gefahr, daß die Endbereiche des Bündels von Hohlfasern so sperrig werden, daß das Bündel nicht mehr in das Gehäuse eingebaut werden kann, oder daß die Ausbeute beim Zusammenbau der Trennvorrichtungen für Fluide aufgrund eines erzwungenen Zusammendrückens der Endbereiche, das die Hohlfasern beschädigt, verringert wird. Wenn hingegen das erfindungsgemäße Bündel eingebaut und am Gehäuse der Trennvorrichtung befestigt wird, dann werden enge, jedoch gleichförmige Zwischenräume zwischen den Hohlfasern aufgrund des Vorhandenseins der Filamente unabhängig von den Packungsverhältnissen der Hohlfasern im Gehäuse der Trennvorrichtung gebildet. Diese Zwischenräume stellen das erwünschte Eindringen eines Klebstoffs (Einbettmittel oder Einschlußmittel) ohne die Notwendigkeit des vorstehend erwähnten Knetens und Reibens zur Verringerung der Steifigkeit der Endbereiche des Bündels von Hohlfasern selbst bei einem Packungsverhältnis der Hohlfasern in Trennvorrichtung, das einen hohen Wert von z. B. 68 % annimmt, sicher, wobei die Erzeugung von fehlerhaften Hohlfasern aufgrund einer schlechten Haftung vermieden wird.
Ein Fluid, z. B. Blut, das dialysiert werden soll, wird in die erfindungsgemäße Trennvorrichtung 11 für Fluide durch die Fluid-Einlaßöffnung 9 eingeführt. Dieses Fluid strömt durch die Hohlfasern 6 und tritt aus der Trennvorrichtung 11 für Fluide durch die Fluid-Auslaßöffnung 10 aus. Ein weiteres Fluid, z. B. ein Dialysat, wird in die Trennvorrichtung 11 für Fluide durch die erste Öffnung 4 eingeführt. Dieses Fluid strömt durch die Zwischenräume zwischen den Hohlfasern 6 und tritt aus der Trennvorrichtung 11 für Fluide durch die zweite Öffnung 5 aus. Die Übertragung einer Komponente oder mehrerer Komponenten tritt zwischen den Fluiden durch die Wand der Hohlfasern 6 auf. Die Fließfähigkeiten der Fluide sind hervorragend, so daß ein hoher Trennwirkungsgrad bei Verwendung der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung für Fluide erzielt werden kann. Nebenbei bemerkt beeinträchtigt die Trennung eines kleinen Teils der Filamente in Stücke in der Trennvorrichtung die Gebrauchseigenschaften der erfindungsgemäßen Trennvorrichtung für Fluide nicht.
Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, wird erfindungsgemäß ein untrennbares Bündel von permselektiven Hohlfasern mit einem hohen Packungsverhältnis der Hohlfasern in dem Bündel bereitgestellt, wobei das Bündel unter Verwendung von Filamenten mit einer Feinheit mit einem kleinen Wert von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) hergestellt wird. Aus dem erfindungsgemäßen Bündel wird eine Trennvorrichtung für Fluide mit einem hohen Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Trennvorrichtung in wirksamer Weise hergestellt, wobei die Trennvorrichtung eine kleine Größe aufweist, jedoch gute Gebrauchseigenschaften zeigt. Gemäß herkömmlicher Techniken ist es z. B. nicht möglich, eine Trennvorrichtung für Fluide mit einem Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Trennvorrichtung (wie es nachstehend definiert wird), das 60 % oder mehr beträgt, bei einer günstigen Ausbeute beim Zusammenbau (wie nachstehend definiert) bereitzustellen. Erfindungsgemäß kann jedoch eine Trennvorrichtung für Fluide mit einem Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Trennvorrichtung, das einen hohen Wert von z. B. 68 % annimmt, bei einer Ausbeute beim Zusammenbau, die einen hohen Wert von 95 % oder mehr annimmt, bereitgestellt werden.
Im erfindungsgemäßen Bündel werden enge, jedoch gleichförmige Zwischenräume zwischen den Hohlfasern durch Filamente mit einer Feinheit mit einem kleinen Wert bereitgestellt, so daß ein Fluid gleichförmig durch die Zwischenräume strömen kann, und so daß die äußere Oberfläche der Hohlfasern des Bündels in wirksamer Weise für die Trennung der Fluide genutzt werden kann. Wenn z. B. die erfindungsgemäße Trennvorrichtung für Fluide als Hämodialysevorrichtung verwendet wird, dann nimmt der Dialysewirkungsgrad, ausgedrückt als Entfernung von Harnstoff (wie nachstehend definiert), einen hervorragenden Wert von etwa 100 % an.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf die nachstehenden Beispiele und Vergleichsbeisplele beschrieben, die nicht dahingehend mißverstanden werden dürfen, daß sie den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, beschränken.
In den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wird eine Hämodialysevorrichtung als ein Beispiel für eine Trennvorrichtung für Fluide zusammengebaut, und der Trennwirkungsgrad der Hämodialysevorrichtung wird, ausgedrückt als Dialysewirkungsgrad für Harnstoff, bewertet. Die Eigenschaften und Charakteristika im Hinblick auf das Bündel von Hohlfasern und die Hämodialysevorrichtung werden gemäß den nachstehenden Verfahren bestimmt.

1. Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung

Das Packungsverhältnis (rho) der Hohlfasern in einer Hämodialysevorrichtung ist durch die Formel:
rho = N m/M
definiert, worin:
M den Querschnitt des Gehäuses der Hämodialysevorrichtung darstellt, der durch dessen Innenwand definiert ist;
m den Querschnitt der einzelnen Hohlfasern, die im nassen Zustand vorliegen, darstellt, wobei der Wert durch deren Umfang definiert ist; und
N die Anzahl der Hohlfasern darstellt.

2. Ausbeute beim Zusammenbau

Die Ausbeute beim Zusammenbau ist als Prozentsatz der erfolgreich zusammengebauten Dialysevorrichtungen, bezogen auf die Dialysevorrichtungen, deren Zusammenbau versucht wurde, definiert.

3. Effektive Oberfläche

Die effektive Oberfläche (S) einer Hämodialysevorrichtung wird gemäß der Formel:
S = n x L x 2 πr
berechnet, worin:
n die Anzahl der Hohlfasern, die in die Hämodialysevorrichtung eingebaut ist, darstellt; und
L und r die effektive Länge (d. h. die Länge des Abschnitts, der freiliegt, ohne von Klebstoff bedeckt zu sein) bzw. die Hälfte des Innendurchmessers der einzelnen Hohlfasern darstellen, die in die Hämodialysevorrichtung eingebaut sind.

4. Messung der Entfernung von Harnstoff

Mit Bezug auf Fig. 3 wird eine wäßrige Lösung, die Harnstoff in einer Konzentration von 1 g/l enthält, in die Hämodialysevorrichtung 11 durch die Fluid-Einlaßöffnung 9 eingeführt. Diese Lösung strömt durch die Hohlfasern 6 mit einer Geschwindigkeit von 200 ml/min und tritt aus der Hämodialysevorrichtung 11 durch die Fluid-Auslaßöffnung 10 aus. Andererseits wird Wasser in die Hämodialysevorrichtung 11 durch die erste Öffnung 4 eingeführt. Das Wasser strömt durch die Zwischenräume zwischen den Hohlfasern 6 mit einer Geschwindigkeit von 500 ml/min und tritt aus der Hämodialysevorrichtung 11 durch die zweite Öffnung 5 aus. Die Harnstoffkonzentration (CBi) in der wäßrigen Lösung vor dem Einführen in die Hämodialysevorrichtung und die Harnstoffkonzentration (CBo) in der wäßrigen Lösung, die aus der Hämodialysevorrichtung ausströmt, werden nach einem herkömmlichen Verfahren gemessen, bei dem eine Farbentwicklung bewirkt wird und die Farbintensität mit einem Spektrophotometer gemessen wird. Die Entfernung von Harnstoff (CL) wird gemäß folgender Formel berechnet:
CL = [CBi - CBo]/CBi x 200 ml (min)

5. Theoretische Entfernung von Harnstoff

Die theoretische Entfernung von Harnstoff (CL') wird durch folgende Formel berechnet:
CL' = [1 - exp [NT(1-Z)]]/[Z - exp [NT(1-Z)]] QB
worin QB die Durchflußgeschwindigkeit der Harnstofflösung darstellt;
QD den Durchfluß des Wasserdialysats darstellt;
Z das Verhältnis der Durchflußgeschwindigkeiten, das durch
Z = QB/QD definiert ist, darstellt;
NT die Übertragungseinheitszahl darstellt, die durch NT = KA/QB definiert ist;
K den Gesamtmassenübertragungskoeffizienten darstellt; und
A die effektive Oberfläche der Hohlfasern der Hämodialysevorrichtung darstellt.

6. Dialysewirkungsgrad

Der Dialysewirkungsgrad stellt den Prozentsatz der gemessenen Entfernung zur theoretischen Entfernung dar.

Beispiel 1

Zwei Polyacrylnitril-Hohlfasern mit einem Innendurchmesser von 250 um und einem Außendurchmesser von 320 um werden zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 24 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 2,33 dtex (2,1 Denier) aufweisen, 3450 mal um eine Docke mit einer Umfangslänge von etwa 2 m gewickelt, während ein Wasserstrom angewandt wird, um das Multifilament zu trennen. Das um die Docke gebildete Bündel wird herausgenommen und geschnitten, um ein longitudinales Bündel zu erhalten, das aus 6900 Polyacrylnitril-Hohlfasern sowie 6900 x 12 Polyester-Monofilamenten besteht und eine Länge von etwa 2 m aufweist. Anschließend wird ein Wasserstrom auf das longitudinale Bündel angewandt, das an einem Ende befestigt ist, am anderen Ende jedoch frei ist, und zwar auf eine solche Weise, daß die Filamente mit den Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg vermischt werden und daß im wesentlichen alle Filamente jeweils mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff stehen, wobei die Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel erstrecken, in die Form eines endgültigen Bündels mittels der Filamente gebracht werden. Das Bündel von permselektiven Hohlfasern, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, enthält 6900 Hohlfasern, und das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 12.

Beispiel 2

Das in Beispiel 1 hergestellte endgültige Bündel aus permselektiven Hohlfasern wird in ein zylindrisches Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 31,6 mm und einer Länge von 210 mm elngesetzt und an der Innenwand des Gehäuses befestigt, um eine Hämodialysevorrichtung zu erhalten, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Das Packungsverhältnis der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung beträgt 68,5 %, und die effektive Oberfläche der Hämodialysevorrichtung beträgt 1,0 m².
Die Ausbeute beim Zusammenbau von 100 Hämodialysevorrichtungen, wie sie vorstehend erhalten wurden, beträgt 98 %. Die Entfernung von Harnstoff, der Harnstoffpermeationskoeffizient, die theoretische Entfernung von Harnstoff und der Dialysewirkungsgrad der Hämodialysevorrichtung betragen 191 ml/min, 15,2 x 10&supmin;&sup4; cm/sec, 192 ml/min bzw. 99 %.

Beispiel 3

Zwei Polyacrylnitril-Hohlfasern mit einem Innendurchmesser von 250 um und einem Außendurchmesser von 320 um werden zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 1120 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 0,11 dtex (0,1 Denier) aufweisen, 4150 mal um eine Docke mit einer Umfangslänge von etwa 2 m gewickelt, während ein Wasserstrom zum Trennen des Multifilaments angewandt wird. Das um die Docke gebildete Bündel wird herausgenommen und geschnitten, um ein longitudinales Bündel zu erhalten, das aus 8300 Polyacrylnitril-Hohlfasern und 8300 x 560 Polyester-Monofilamenten besteht und eine Länge von etwa 2 m aufweist. Sodann wird (1) erstens ein Wasserstrom auf das longitudinale Bündel angewandt, das an einem Ende befestigt ist, jedoch am anderen Ende frei ist, (2) zweitens das Bündel in kurze Bündel mit einer Lange von 310 mm geschnitten und ein Wasserstrom auf das kurze Bündel angewandt, das gerade stehengelassen und am oberen Ende befestigt wird, während es am oberen Ende schwingt, und (3) drittens wird das kurze Bündel umgedreht und der gleiche Schritt wie unter (2) wird wiederholt, so daß erreicht wird, daß die Filamente mit den Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg vermischt werden und so daß erreicht wird, daß im wesentlichen alle der Filamente jeweils mit mindestens einer der Hohlfasern im Eingriff stehen, wobei die sich im wesentlichen parallel erstreckenden Hohlfasern in die Form eines endgültigen Bündels mittels der Filamente gebracht werden. Das Bündel von permselektiven Hohlfasern, das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, enthält 8300 Hohlfasern, und das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 560.

Beispiele 4 bis 12

Bündel von permselektiven Hohlfasern werden im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Material und die Feinheit der Filamente und das Filament-Faser-Verhältnis des Bündels variiert werden, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist. Jedes der hergestellten Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 34,7 mm und einer Länge von 251 mm eingebaut, um eine Hämodialysevorrichtung zu erhalten. Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 8300, 68 % bzw. 1,5 m². Unter Verwendung der einzelnen Hämodialysevorrichtungen werden Dialysen nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrads sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

Unter Verwendung von Einwickelpapier anstelle von Filamenten wird ein Bündel von Hohlfasern im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, hergestellt. Eine Hämodialysevorrichtung mit dem Bündel, das in die Vorrichtung eingebaut ist, wird im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, hergestellt. Die Ausbeute an Anordnungen für 10 Hämodialysevorrichtungen beträgt 0 %. Alle Hämodialysevorrichtungen weisen den gleichen Fehler aufgrund der Bildung winziger Löcher (die eine Leckage zum Zeitpunkt der Dialyse verursachen) auf, und zwar aufgrund eines schlechten Eindringens des härtbaren Klebstoffs (Einschlußmittels) in die Zwischenräume zwischen den Hohlfasern an ihren Endbereichen.

Vergleichsbeispiel 2

Unter Verwendung von Einwickelpapier anstelle von Filamenten wird ein Bündel von Hohlfasern im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, hergestellt. Eine Hämodialysevorrichtung mit dem Bündel, das in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 240 mm eingebaut ist, wird im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, hergestellt. Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 9400, 60 % bzw. 1,6 m². Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird eine Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 3

Um die gleiche Polyacrylnitril-Hohlfaser, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wird ein 36 Filamente umfassendes texturiertes Polyester-Garn von 75 Denier spiralförmig mit einer Windungszahl von 1 pro 10 mm der Hohlfaser in zwei Lagen in im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 von US-Patent 4 293 418 beschrieben wurde, gewickelt, wobei man ein Hohlfaserelement erhält. Unter Verwendung des Hohlfaserelements wird eine Hämodialysevorrichtung im wesentlichen in der gleichen Weise wie in Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung zusammengebaut, mit der Ausnahme, daß kein Filament verwendet wird. Die Ausbeute an Anordnungen für 10 Hämodialysevorrichtungen, die wie vorstehend erhalten wurden, beträgt 0 %. Alle der Hämodialysevorrichtungen weisen den gleichen Fehler aufgrund von Beschädigungen der Hohlfasern während des Einbaus der Hohlfasern in das Gehäuse auf, wobei die Beschädigungen durch die Sperrigkeit des Bündels aus Hohlfasern hervorgerufen werden.

Vergleichsbeispiel 4

In im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in Vergleichsbeispiel 3 beschrieben wurde, werden ein Hohlfaserelement und eine Hämodialysevorrichtung mit einer effektiven Oberfläche der Hohlfasern von 1,5 m² (der gleiche Wert wie in den Beispielen 4-12) und 7800 Hohlfasern, die in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 41,3 mm und einer Länge von 266 mm bei einem Packungsverhältnis der Hohlfasern von 45 % eingebaut sind, hergestellt. Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 13

Die gleiche Polyacrylnitril-Hohlfaser, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurde, wird zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 96 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 2,31 dtex (2,1 Denier) aufweisen, 6200 mal um eine Docke in im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, gewickelt, um ein Bündel herzustellen. Das hergestellte Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 36,9 mm und einer Länge von 276 mm eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt. Das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 96. Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 6200, 45 % bzw. 1,3 m². Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse im wesentlichen nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 5

Um ein Paar von Polyacrylnitril-Hohlfasern, wie es in Beispiel 1 verwendet wurde, wird ein 6 Filamente (wobei jedes Filament eine Feinheit von 2,78 dtex (2,5 Denier) aufweist) umfassendes texturiertes Polyestergarn von 15 Denier spiralförmig mit einer Windungszahl von 0,5 pro 10 mm der Hohlfaser in einer Lage in im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in Beispiel 3 von US-Patent 4 293 418 beschrieben wird, gewickelt, wobei man ein Hohlfaserelement erhält. Derartige Hohlfaserelemente werden zu einer Hämodialysevorrichtung in im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in den Beispielen 4 bis 12 der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, zusammengesetzt, mit der Ausnahme, daß kein Filament verwendet wird. Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 14

Vier Polyacrylnitril-Hohlfasern, wie sie in Beispiel 1 verwendet wurden, werden zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 12 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 16,65 dtex (15 Denier) aufweisen, 1825 mal um eine Docke in im wesentlichen der gleichen Weise, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, gewickelt. Das erhaltene Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 34,7 mm und einer Länge von 251 mm eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt. Das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 3. Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 7300, 60 % bzw. 1,3 m². Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 6

Eine Hämodialysevorrichtung wird im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 14 beschrieben wurde, hergestellt, mit der Ausnahme, daß 24 Hohlfasern zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 12 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 16,65 dtex (l5 Denier) aufweisen, aufgewickelt werden, d. h., das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 0,5. Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, das in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 7

Ein Hohlfaserbündel, wie es in US-Patent 4 950 391 beschrieben wird, wird durch Aufwickeln von 25 Polyacrylnitril-Hohlfasern, wie sie in Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wurden, zusammen mit einem texturierten Polyester- Garn, das aus 36 Filamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 16,65 dtex (15 Denier) aufweisen, hergestellt. Das hergestellte Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 240 mm eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt. Das Verhältnis der Anzahl der texturierten Garne zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 0,04. Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 8800, 56 % bzw. 1,5 m². Die Eigenschaften der Hämodialysevorrichtung sind in Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 15

Vier Cuprammonium-regenerierte Cellulosehohlfasern mit einem Innendurchmesser von 185 um und einem Außendurchmesser von 220 um werden zusammen mit einem Polyester-Multifilament, das aus 32 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 1,78 dtex (1,6 Denier) aufweisen, 3000 mal um eine Docke mit einer Umfangslänge von etwa 2 m gewickelt, während ein turbulenter Luftstrom zum Trennen des Multifilaments angewandt wird. Durch Anwendung der Luft werden die Filamente mit den Hohlfasern im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg vermischt, und im wesentlichen alle der Filamente treten in Eingriff mit mindestens einer der Hohlfasern, wodurch die Hohlfasern, die sich im wesentlichen parallel erstrecken, in die Form eines untrennbaren Bündels mittels der Filamente gebracht werden. Die Anzahl der Hohlfasern beträgt 12 000, und das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 8.
Das hergestellt Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 36,5 mm und einer Länge von 276 mm eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt. Das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in der Hämodialysevorrichtung betragen 67 % bzw. 1,8 m². Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 2 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Entfernung von Harnstoff, der Harnstoffpermeationskoeffizient, die theoretische Entfernung von Harnstoff und der Dialysewirkungsgrad der Hämodialysevorrichtung betragen 194 ml/min, 12 x 10&supmin;&sup4; cm/sec, 198 ml/min bzw. 98 %.

Beispiele 16-20

Bündel von permselektiven Hohlfasern werden im wesentlichen in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 15 beschrieben wurde, hergestellt, mit der Ausnahme, daß das Material und die Feinheit des Filaments und das Filament-Faser-Verhältnis des Bündels variiert werden, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist. Jedes der hergestellten Bündel wird in ein Gehäuse mit einer Größe, wie sie in Tabelle 1 beschrieben ist, eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt.
Die Anzahl der Hohlfasern, das Packungsverhältnis der Hohlfasern und die effektive Oberfläche der Hohlfasern in den Hämodialysevorrichtungen sind in Tabelle 2 gezeigt. Unter Verwendung jeder der Hämodialysevorrichtungen wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 15 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungßgrades sind in Tabelle 2 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 8

Ein Bündel von Cuprammonium-regenerierten Cellulosehohlfasern wird unter Verzicht auf die Verwendung von Filamenten hergestellt. D. h., Cuprammonium-regenerierte Cellulosehohlfasern, wie sie in Beispiel 15 eingesetzt wurden, werden unter Verwendung von Einwickelpapier gemäß dem herkömmlichen Verfahren gebündelt. Das hergestellte Bündel wird in ein Gehäuse eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung in der gleichen Weise, wie es in Beispiel 15 beschrieben wurde, zusammengebaut. Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 15 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 2 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 9

Vier Cuprammonium-regenerierte Cellulosehohlfasern, wie sie in Beispiel 15 verwendet wurden, werden zusammen mit einem Bemberg-Multifilament (eingetragenes Warenzeichen), das aus 44 Monofilamenten besteht, die jeweils eine Feinheit von 1,7 Denier aufweisen, 2575 mal um eine Docke mit einer Umfangslänge von etwa 2 m gewickelt, und zwar ohne Anwendung von Luft, um ein Bündel herzustellen. Die Anzahl der Hohlfasern beträgt 10 300, und das Verhältnis der Anzahl der Filamente zur Anzahl der Hohlfasern beträgt 1.
Das hergestellte Bündel wird in ein Gehäuse mit einem Innendurchmesser von 36,5 mm und einer Länge von 276 mm eingebaut und zu einer Hämodialysevorrichtung zusammengesetzt. Unter Verwendung der Hämodialysevorrichtung wird die Dialyse nach dem gleichen Verfahren, wie es in Beispiel 15 beschrieben wurde, durchgeführt. Die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernung und des Dialysewirkungsgrades sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Trennung der Filamente von den Hohlfasern wird durch Untersuchung beider Enden des Bündels festgestellt. Tabelle 1 Hohlfaser Filament Gehäuse Material Innendurchmesser (um) (mm) Außendurchmesser (um) Anzahl Größe (dtex) (Denier) Filament-Faser-Verhältnis Länge (mm) Polyacrylnitril Polyester Tabelle 1 (Fortsetzung) Hohlfaser Filament Gehäuse Material Innendurchmesser (um) (mm) Außendurchmesser (um) Anzahl Größe (dtex) (Denier) Filament-Faser-Verhältnis Länge (mm) Polyacrylnitril Polyester Tabelle 1 (Fortsetzung) Packungsverhältnis (%) effective Oberfläche (m²) gemessene Entfernung (ml/min) theoretische Entfernung (ml/min) Dialysewirkungsgrad (%) Bemerkungen Ausbeute* beim Zusammenbau von 100 Dialysevorrichtungen: 98 % kein Filament verwendet spiralförmig gewundenes Filament; Ausbeute beim Zusammenbau für 10 Dialysevorrichtungen: 0 % niedriges Filament-Faser-Verhältnis texturiertes Garn (Außendurchmesser: 320 um) * Die Ausbeute beim Zusammenbau bedeutet den Prozentsatz an erfolgreich zusammengebauten Dialysevorrichtungen, bezogen auf den versuchen Zusammenbau von Dialysevorrichtungen. Tabelle 2 Hohlfaser Filament Gehäuse Material Innendurchmesser (um) (mm) Außendurchmesser (um) Anzahl Größe (dtex) (Denier) Filament-Faser-Verhältnis Länge (mm) Cuprammonium-regenerierte Cellulose Polyester Bemberg Tabelle 2 (Fortsetzung) Packungsverhältnis (%) effective Oberfläche (m²) gemessene Entfernung (ml/min) theoretische Entfernung (ml/min) Dialysewirkungsgrad (%) Bemerkungen kein Filament verwendet Zusammenbau ohne turbulente Luft

Claims

1. Bündel von permselektiven Hohlfasern, welches umfaßt:

zahlreiche poröse Hohlfasern (1), die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, wobei jede Hohlfaser einen ringförmingen Querschnitt mit einem Außendurchmesser von 100 bis 1000 um hat, und

zahlreiche Filamente (2), die im wesentlichen in Längsrichtung über die Länge der Hohlfasern hinweg mit den Hohlfasern vermischt und verwoben sind, wobei jedes Filament eine Feinheit von 0,056 bis 22,2 dtex (0,05 bis 20 Denier) hat,

wobei das Verhältnis der Anzahl dieser Filamente zu der Anzahl der Hohlfasern 2 bis 3000 beträgt,

im wesentlichen alle dieser Filamente jeweils mit mindestens einer dieser Hohlfasern im Eingriff stehen und verwoben sind, so daß die im wesentlichen sich parallel erstreckenden Hohlfasern mit Hilfe der Filamente in Form eines untrennbaren Bündels gehalten werden, während Zwischenräume zwischen den Hohlfasern verbleiben.

2. Bündel mach Anspruch 1, wobei jedes Filament eine Feinheit von 0,56 bis 11,1 dtex (0,5 bis 10 Denier) hat.

3. Bündel nach Anspruch 2, wobei jedes Filament eine Feinheit von 1,1 bis 5,6 dtex (1 bis 5 Denier) hat.

4. Bündel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedes Filament einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser aufweist, der im Bereich von 1/10 bis 1/100 des Außendurchmessers des Querschnitts der Hohlfasern liegt.

5. Bündel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis der Anzahl der Filamente zu der Anzahl der Hohlfasern im Bereich von 2 bis 500 liegt.

6. Bündel nach Anspruch 5, wobei dieses Verhältnis im Bereich von 3 bis 100 liegt.

7. Trennvorrichtung (11) für Fluide, welche umfaßt:

ein mit einer Fluid-Einlaßöffnung (9) und einer Fluid- Auslaßöffnung (10) versehenes Gehäuse und ein Bündel von permselektiven Hohlfasern gemäß Anspruch 1,

wobei dieses Bündel von permselektiven Hohlfasern (6) in dem Gehäuse in Längsrichtung des Gehäuses vorgesehen ist und jede Hohlfaser Öffnungen (8) an ihren beiden Enden aufweist,

wobei diese Hohlfasern und diese Filamente an beiden Endbereichen miteinander verbunden sind, wobei die Öffnungen der Hohlfasern frei gelassen sind, und fluiddicht an den beiden verbundenen Endbereichen an der Innenwand des Gehäuses befestigt sind, sodaß die Isolierung der Öffnungen der Hohlfasern gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern erreicht ist,

wobei die Öffnungen jeder Hohlfaser an dem einem Ende und an dem anderen Ende mit der Fluid-Einlaßöffnung bzw. der Fluid-Auslaßöffnung in Verbindung stehen, und

das Gehäuse eine erste Öffnung (4) und eine zweite Öffnung (5) besitzt, die mit den Zwischenräumen zwischen den Hohlfasern in Verbindung stehen.

8. Trennvorrichtung für Fluide nach Anspruch 7, wobei das Bündel von permselektiven Hohlfasern wie in einem der Ansprüche 2 bis 6 definiert ist.