DE2652856C2 - Stoffaustauscher für medizinische Zwecke - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen Stoffaustauscher für medizinische mit einem Hohlfaserbündel, bei dem die offenen Enden der von einem ersten Medium durchströmten Fasern gegeneinander abgedichtet in einer Vergußmasse gehalten sind, während in dem zwischen den Enden liegenden Bereich die Hohlfasern einen Abstand voneinander aufweisen, durch den ein zweites Medium strömt, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art sind für verschiedene medizinische Anwendungen bekannt Je nach Art des Materials der Hohlfasern eignen sie sich zur Nachbildung der Lungenfunktion (Oxygenerator) oder die Nierenfunktion (Dialysator, Molekularfilter).

In der FR-PS 22 31 421 ist ein Dialysator beschrieben, so der im wesentlichen quer zur Faserlängsrichtung angeströmt wird. Dabei wird die Dialysierflüssigkeit durch Anschlußstutzen in den Dialysator eingeführt und trifft unmittelbar nach Durchströmen des Stutzens auf die Fasern. Sie muß sich daher ihren Weg durch das Faserbündel hindurch bis zum Ausflußstutzen bahnen. Die hierdurch gebildete Strömung ist im wesentlichen durch den Widerstand bestimmt, den das Faserbündel der zugeführten Dialysierflüssigkeit entgegensetzt. Es kommt also zu einer Strömungsverteilung, die von der M jeweiligen Bündelung der Fasern und von den im Verbindungssteg vorgesehenen Durchbrechungen abhängt. Die Dialysierflüssigkeit wird also im Bereich dieser Durchbrechungen eine schnellere Strömungsgeschwindigkeit einnehmen als in den Randzonen an den Wandungen des Stoffaustauschers. Hiervon hängt das Austauschverhalten des Stoffaustauschers ab, so daß in den Randbereichen erheblich weniger ausgetauscht wird als an den besser angeströmten Durchbrechungen.

Überdies wird im bekannten Stoffaustauscher nur eine unvollständige Füllung mit Dialysierflüssigkeit erreicht, was . auf die Querversorgung, also die Einspeisung der Dialysierflüssigkeit durch die Außenwand unmittelbar auf das Faserpaket zurückzuführen ist So bleiben insbesondere die Bereiche im Stoffaustauscher, die sich an die Vergußschicht anschließen, häufig ohne Dialysierflüssigkeit, da die Querströmung durch die Durchbrechungen im Profilsteg bestimmt wird und die aufgrund der vorbestimmten Strömungsverhältnisse abströmende Dialysierflüssigkeit nicht in diese Randzonen gelangt Infolge dieser erheblich verschlechterten Austauschleistung dieser bekannten Stoffaustauscher haben sich vorwiegend von der Kopfseite her angeströmte Dialysatoren, insbesondere solche mit zentralem Dialysateinlauf, heute am Markt gegenüber diesen bekannten Dialysatoren durchgesetzt

Die bekannte Vorrichtung wird also seitlich mit Dialysierflüssigkeit angeströmt, was infolge unterschiedlicher Strömungsführungswege zu Anströmungsprobiemen führt. Hierzu gehören Totzonen, die sich grundsätzlich an den Bereichen ausbilden, die sich unmittelbar an die Vergußmasse im Inneren des Stoffaustauschers anschließen.

In der DE-OS 26 03 560 ist ebenfalls ein Dialysator beschrieben, der seitlich angeströmt wird, so daß die gleichen, vorstehend erwähnten Probleme hier ebenfalls auftreten. Infolge der sich ausbildenden Querströmung, die sich der Längsströmung überlagert, treten die bekannten Ströircngsführungsprobleme auf. Desweiteren bilden sich gerade bei diesem Dialysator die nachteiligen Totzonen in den Eckbereichen aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Stoffaustauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Verfügung zu stellen, der eine gleichmäßige Strömungsverteilung über das gesamte Faserbündel hinweg schon beim Anströmen des Faserbündels gewährleistet, so «laß das Austauschvermögen des Stoffaustauschers optimiert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelost, daß die Anschlußstutzen für das zweite Medium die Profilflansche durchsetzen und unmittelbar in Durchbrechungen münden, die sich quer zur Faserlängsrichtung über den Profilsteg erstrecken.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zunächst nur der Zwischenraum oder die Durchbrechung gleichmäßig mit der Dialysierflüssigkeit gefüllt, da die dicht gepackten Fasern der zugeführten Dialysierflüssigkeit zunächst einen Widerstand entgegensetzen. Es füllt sich also zunächst der Zwischenraum quer über das Faserbündel hinweg. Dieser Strömungswiderstand in dem gleichmäßig angeordneten Faserbündel läßt sich dann durch den Druck überwinden, mit dem die Dialysierflüssigkeit zugesetzt wird. Dies hat zur Folge, daß sich eine im wesentlichen gleichmäßige Flüssigkeitsfront über die Faserbündel hinwegschiebt, wobei die Fließgeschwindigkeiten der Dialysierflüssigkeit im wesentlichen an allen Punkten in den Faserbündeln gleich ist.

Die verbrauchte Dialysierflüssigkeit fließt auf der gegenüberliegenden Seite der Stoffaustauschervorrichtung in einen zweiten Zwischenraum oder Durchbrechung und von dort in den Abflußstutzen ab und hinterläßt somit keinen Bereich im Faserbündel, der nicht gleichmäßig von der Dialysierflüssigkeit überstrichen worden wäre. Somit entfallen also Totzonen, die

zwar mit Dialysierflüssigkeit gefüllt sind, jedoch nicht von dieser stetig umspült werden.

Eine derartige Optimierung der Flüssigkeitsführung wird von den bekannten Dialysatoren nicht erreicht, da unterschiedliche Strömungsführungswege, die u.a. durch die Oberlagerung der Querströmung über die Gegenströmung gebildet werden, und auftretende Totzonen die Austauschleistung nachteilig beeinflussen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigt

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Stoff austauscher in teilweise auseinandergezogener Darstellung;

Fig.2 den Grundkörper eines erfindungsgemäßen Stoffaustauschers ohne die Hohlfaserbündel und

F i g. 3 einen Grundkörper für einen erfindungsgemäßen Stoffeustauscher in seiner Ausgangsform zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens.

Der Stoffaustauscher enthält einen Grundkörper 15 mit I-förmigen QuerschnittsprofiL Einzelheiten der Gestaltung dieses Grundkörpers sind in Fi g. 2 gezeigt Der mittlere Steg la des I-Profiles 15 ist in der Nähe des oberen und unteren Endes unterbrochen, so daß zwei freie Zwischenräume 2 und 3 gebildet werden, die der Zu- bzw. Abfuhr die einen Mediums dienen. Zu diesem Zweck sind die beiden Anschlußstutzen 4 und 5 so angeordnet, daß das Medium durch die beiden äußeren Schenkel des X-Profils in den einen Zwischenraum hineingeleitet und aus dem anderen Zwischenraum herausgeleitet werden kann.

Innerhalb der schraffierten Flächen 6 in F i g. 1 sind die Hohlfasern parallel zur Längsachse des I-Profils eingelegt

Die Hohlfasern sind in der auch bei anderen Hohlfaserdialysatoren üblichen Weise im Bereich ihrer Enden durch Eingießen in Kunstharz gegeneinander und gegen das Gehäuse fixiert und abgedichtet

Die beiden Deckplatten 7 und 8, die mit dem Grundkörper 1 verklebt oder verschweißt sind, bilden zusammen mit dem Grundkörper ein Gehäuse, das die Hohlfasern umschließt

Zufuhr und Abfuhr des zweiten Mediums erfolgen über die Endkappen 9 und 10, die mit dem Grundkörper und den Deckplatten verklebt oder verschweißt werden. Die gezeigte Form der Endkappen stallt nur eine von verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten dar. Die Anschlußstutzen können z. B. auch parallel zur Längsachse des Grundkörpers angeordnet sein.

Die Herstellung eines Sfoffaustauschers der beschriebenen Art wird durch die Möglichkeit, für das Einbringen der Hohlfasern einen Wickelprozeß anzuwenden, besonders günstig. Dieser Prozeß kann maschinell durchgeführt und automatisiert werden. Das bei der bisher gebräuchlichen zylindrischen Bauform erforderliche manuelle Einbringen des vorgefertigten lockeren Bündels in das Gehäuse und die damit verbundenen Ungenauigkeiten und Beschädigungsrisiken entfallen somit, was sowohl hinsichtlich der Herstellungskosten als auch hinsichtlich einer gleichmäßigeren Produktqualität vorteilhaft ist Durch eine geeignete Ausführung des Wickelvorganges kann ferner eine gleichmäßigere Verteilung der Hohlfasern über den gesamten Querschnitt des Hohlfaserbündels

ίο erreicht werden, was für die Effektivität von einiger Bedeutung ist

Das Herstellungsverfahren für einen erfindungsgemäßen Stoffaustauscher ist im folgenden anhand der F i g. 3 erläutert Der Grundkörper 20 besteht aus einem Profilsteg la, der mit den Profilflanschen Xb verbunden ist Mit dem Profilsteg la fluchtend sind weitere Stege 13a und 14a nahe den beiden Enden des haspelartigen Grundkörpers vorgesehen.

Der Grundkörper 20 wird um eine Hochachse 21 des I-Profils drehbar in einer Wickelvorrichtung gehalten und um diese Achse in einer Drehbei? igung angetrieben. Hierbei wird ein Hohlfaserätrang 22 zugeführt und Lage um Lage auf den Grundkörper in der dargestellten Weise aufgewickelt Der auf dem Grundkörper schon befindliche Wickel ist mit 23 bezeichnet

Nach Beendigung des Wickelvorganges wird der Strang 22 abgetrennt und die Deckplatten 7 und 8 werden auf die Seitenkanten der Profilflansche Ii aufgebracht und mit diesen abdichtend, z. B. durch Verkleben oder Verschweißen Verbundes. Der Grundkörper mit dem darauf befindlichen Wickel wird danach mit seiner oberen Stirnseite bis zur Höhe der Ebene 24 in eine Vergußmasse getaucht Die Ebene 24 fällt etwa mit der Innenfläche des Steges 13a zusammen, die an den Hohlraum 2 angrenzt. Nach dem Aushärten der Vergußmasse wird die andere Stirnseite in gleicher Weise in eine Vergußmasse getaucht und diese ebenfalls ausgehärtet

Danach wird entlang der Ebene 25 die eine Stimmte des Grundkörpers mitsamt den Teilen des Wickels, die außerhalb dieser Ebene liegen, abgetrennt Dabei werde« auch die als Führungsflächen dienenden Enden 26 der Profilflansche \b entfernt Der gleiche Vorgang wird dann an der anderen Stirnseite wiederholt.

Es entsteht so der in F i g. 1 dargestellte Stoffaustauscher.

Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise der Wickel an den Stirnflächen die offenen Enden der Hohlfasern präsentiert, die ihrerseits untereinander durch die Vergußmasse abgedichtet sind. Zwischen den Hohlfasern entsteht zwischen den inneren Räumen 2 und 3 beiderseits des Profilsteges la ein von den Hohlfasersträngen durchzogener Rr.um, durch den das zwischen den An eMußstutzen 11 und 12 umlaufende Medium strömen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stoffaustauscher für medizinische Zwecke, bestehend aus einem Kern mit doppel-T-förmigen Profil, dessen Profilsteg Durchbrechungen und dessen Profilhohlräume beiderseits des Profilsteges je ein Paket parallel verlaufender Hohlfasern aufweisen, die im Bereich ihrer Enden durch eine Kunstharzschicht gegeneinander und gegen das Profil und die die Profilhohlräume verschließenden to Deckenplatten fixiert und abgedichtet sind, was ein Gehäuse bildet, dessen Stirnflächen jeweils mit einer Kappe mit jeweils einem Anschlußstutzen verschlossen sind, wodurch ein Strömungspfad für ein erstes Medium gebildet wird, der sich von den Anschiuß- is stutzen durch die Hohlräume der Fasern erstreckt, während sich ein Strömungspfad für das zweite Medium von Anschlußstutzen, die diagonal jeweils in gegenüberliegenden Gehäi'sewänden angeordnet sind, durch die Profilhohlräume und die im Profilsteg vorgesehepen Durchbrechungen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschiußstutzen (4,5) für das zweite Medium die Profilflansche (16) durchsetzen und unmittelbar in Durchbrechungen (2,3) münden, die sich quer zur Faserlängsrichtung über den Profilsteg (la>l erstrecken.

2. Stoffaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Innenfläche der Vergußmasse mit der Ebene der äußeren durch den Steg (13a, 14aJ gebildeten Wand der Durchbrechung (2,3) zusammenfällt