DE69217519T2

DE69217519T2 - Vorrichtung zur Bewerkstelligung von Stoff- und/oder Wärmeübertragung

Info

Publication number: DE69217519T2
Application number: DE69217519T
Authority: DE
Inventors: Roland Antoni; Georg Mayer; Manfred Dr Raff; Kurt Spranger; Josef Volm
Original assignee: Gambro Dialysatoren GmbH and Co KG
Current assignee: Gambro Dialysatoren GmbH and Co KG
Priority date: 1991-08-01
Filing date: 1992-05-19
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2012-05-20
Also published as: JPH06205945A; DK0525317T3; EP0525317B1; SE9102275L; EP0525317A1; JP3320778B2; SE502103C2; SE9102275D0; US5236586A; ES2097832T3; DE69217519D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stoff- und/oder Wärmeübertragung mit einem zylindrischen offenendigen Gehäuse, das durch zwei Endkappen verschlossen ist, von denen jede mit einem Einlaß oder einem Auslaß für ein erstes Fluid versehen ist, welches durch ein Bündel von in dem Gehäuse zwischen zwei Endwänden angeordneten Hohlfasern fließen soll, wobei wenigstens eine der Endkappen mit einem Auslaß für ein zweites Fluid versehen ist, welches aus dem Raum außerhalb der Fasern entfernt werden soll, und wobei die in ein und derselben Endkappe vorgesehenen Einlässe und/oder Auslässe durch die benachbarte Endwand getrennt sind.
Vorrichtungen der obigen Art werden beispielsweise für verschiedene Arten medizinischer Behandlungen, wie Hämodialyse, Hämofiltration, Plasmapherese und Immunotherapie, verwendet. Andere Verwendungsgebiete sind beispielsweise Dialyse im allgemeinen und Filtration im allgemeinen, wie beispielsweise in Verbindung mit der Reinigung oder Entsalzung von Seewasser. Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch als ein Wärmetauscher oder als ein Blutoxigenator verwendet werden.

Stand der Technik

Die Vorrichtung nach der Erfindung ist eine Verbesserung oder Abwandlung der Vorrichtungen, die beispielsweise in der US-A-4 990 251, der US-A-5 002 668, der EP-A-0 305 672 und der EP-A-0 442 310 (veröffentlicht am 21. August 1991) beschrieben sind, die jedoch alle die Einlässe und Auslässe für das zweite Fluid als Nippel auf dem Gehäuse angeordnet haben, was zu ziemlich komplizierten Werkzeugen für die Herstellung des Gehäuses führt.
In der US-A-4 724 900 ist eine Vorrichtung beschrieben, die die Einlässe und Auslässe in den Endkappen angeordnet hat. Ein Nachteil dieser Gestaltung besteht darin, daß das Gehäuse mit Öffnungen vor den Einlässen und Auslässen für eines der Fluide versehen sein muß.
In der WO 88/01 895 ist eine Vorrichtung beschrieben, die das Gehäuse als einen Zylinder ohne Öffnungen hat. Außerdem hat diese Vorrichtung einen Kragen, der eine Zapfeinrichtung unterstützt, welche von einem Fluideinlaß aus abgeht. Die Endkappe besteht aus mehreren Teilen, die einen mühseligen Zusammenbau erfordern.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein sehr einfaches und billiges Gehäuse zu bekommen, welches entweder durch Spritzformen oder Blasformen in einfachen Formen hergestellt werden kann. Auch wird die Handhabung der Vorrichtung in Verbindung mit der Herstellung der Gesamtvorrichtung vereinfacht. Weiterhin ist die Vorrichtung so gestaltet, daß die Endwände, die normalerweise aus Polyurethan bestehen, daran gehindert werden, das Gehäuse zu erreichen.
Demgemäß bekommt man eine Vorrichtung für Stoff- und/oder Wärmeübertragung mit einem zylindrischen Gehäuse mit ersten und zweiten offenen Enden, die durch eine Innenwandoberfläche untereinander verbunden sind, einem Hohlfaserbündel, das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und sich zwischen ersten und zweiten Endwänden erstreckt, die jeweils in Nachbarschaft zu den ersten und zweiten offenen Enden des Gehäuses angeordnet sind, einer ersten Endkappe mit einem Eingriffabschnitt für ein Zusammenwirken mit dem Gehäuse für ein Verschließen des ersten offenen Endes desselben, mit einer ersten Verbindungseinrichtung zum Führen eines ersten Fluids, das durch das Innere des Hohlfaserbündels fließen soll, und einer zweiten Verbindungseinrichtung zur Führung eines zweiten Fluids von einem Außenraum des Hohlfaserbündels und mit einer zweiten Endkappe zum Verschließen des zweiten offenen Endes des Gehäuses mit einer ersten Verbindungseinrichtung zum Führen des ersten Fluids.
Gemäß der Erfindung ist ein Ring zwischen der ersten Endwand und dem Gehäuse in Nachbarschaft zu dem ersten offenen Ende und der ersten Endkappe angeordnet, um einen Fluidkanal für das zweite Fluid aus dem Außenraum des Hohlfaserbündels und zwischen dem Ring und der Innenwandoberfläche zu der zweiten Verbindungseinrichtung vorzusehen.
Vorzugsweise ist die zweite Endkappe identisch mit der ersten Endkappe. Ein zweiter Ring ist zwischen der zweiten Endwand und dem Gehäuse in Nachbarschaft zu dem zweiten offenen Ende und der zweiten Endkappe vorgesehen, um einen Fluidkanal für das zweite Fluid an dem Außenraum des Hohlfaserbündels und zwischen dem Ring und der Innenwandoberfläche zu der zweiten Verbindungseinrichtung zu bekommen.
Eine solche Vorrichtung kann für Dialyse und auch für reine Filtration verwendet werden. In Verbindung mit Filtration ist jedoch kein Einlaß für das zweite Fluid erforderlich.
Um eine gute Dichtung zwischen den beiden Fluiden zu bekommen, die Flüssigkeiten und/oder Gase sein können, wird der Ring vorzugsweise teilweise in die entsprechende Endwand eingeformt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung besteht der Ring aus einem Innenabschnitt, der an die Fasern stößt und dazu bestimmt ist, die Fasern während des Formens der benachbarten Endwand zu unterstützen, und einem Außenabschnitt, der an das Gehäuse und/oder die Endkappe stößt und von dem Gehäuse und/oder der Endkappe unterstützt wird.
Die inneren und äußeren Abschnitte sind durch mehrere Stoffbahnen untereinander verbunden, die eine oder mehrere Leitungen bilden, welche mit dem Formmaterial in Verbindung mit dem Formen der Endwände gefüllt werden. Dank dieser Gestaltung bekommt man eine gute Abdichtung gleichzeitig mit einer Erleichterung der Verteilung des Formmaterials.
Die Befestigung des Hohlfaserbündels wird erleichtert, wenn die Innenwandoberfläche des Gehäuses und eine Innenoberfläche des Ringes im wesentlichen in Linie ausgerichtet sind und dabei das Hohlfaserbündel während des Formens der Endwände unterstützen.
Eine gute Dichtung bekommt man, wenn jede Endkappe durch Verkleben an dem Gehäuse und/oder der Endwand befestigt wird. Stattdessen kann sie jedoch auch durch Verschweißen oder eine Schraubverbindung befestigt werden. In Verbindung mit jenen Alternativen kann es zweckmäßig sein, weitere Dichtungen zwischen dem Gehäuse, den Endkappen und den Endwänden einzuschließen. Beispiele solcher Dichtungen in der Form von Dichtringen sind in den obenerwähnten Patenten gezeigt.
Eine gute Verteilung des zweiten Fluids bekommt man, wenn das Gehäuse an jedem Ende mit einem verbreiterten Teil versehen wird, welcher einen peripheren Kanal für das Fluid liefert.
Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein und dasselbe Gehäuse mit unterschiedlichen Arten von Endkappen mit verschiedenen Arten von Verbindungsnippeln für die Verbindung der Rohrverbindungseinrichtungen unterschiedlicher Arten kombiniert werden können. Weitere Vorteile sind folgende:
Optimale Verteilung von Dialysat und anderen Fluiden um das Bündel in dem "Kopfbereich", bewirkt durch die Dicke, Höhe und Anzahl der durch das Gehäuse, die Endkpappe und den Stützring vorgesehenen Rippen.
Unterstützen des Bündels vor und während des Vergießens. Durch Veränderung des Innendurchmessers des Stützringes ist es möglich, den Bündeldurchmesser zu verändern.
Der Stützring leitet Kräfte, die beispielsweise durch Faserschrumpfung verursacht werden, in das Gehäuse ab und vermindert daher die Belastung der Klebstoffnaht zwischen den Endwänden und den Kopfstücken oder Endkappen.
Alle Verbindungeinrichtungen können an den Kopfstücken plaziert werden;
einfaches Spritzformwerkzeug für das Gehäuse;
konstante Wanddicke des Gehäuses erlaubt allgemeine Minimierung der Wanddicke;
das gleiche Gehäuse kann für Hämofilter und Hämodialysatoren verwendet weren;
ein symmetrisches Gehäuse ist während der Herstellung und des Zusammenbaus leicht zu handhaben;
keine direkte Verbindung zwischen den Endwänden und dem Gehäuse;
Recycling des Gehäuses ist möglich;
die Gefahr von Rissen zwischen dem Gehäuse und den Endwänden wird ausgeschaltet oder wenigstens reduziert; solche Risse werden oftmals während Dampfsterilisation erzeugt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform, die mit abgewandelten Endkappen versehen ist.
Fig. 3 zeigt in größerem Maßstab schematisch einen Teil einer dritten Ausführungsform.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform enthält ein Gehäuse 1, welches ein Hohlfaserbündel 2 einschließt, wobei diese Hohlfasern zwischen zwei Endwänden 3 von geformtem Polyurethan angeordnet sind. Die Enden des offenendigen Gehäuses 1 sind durch zwei Endkappen 4 mit einem Einlaß 5 für ein erstes Fluid und einem Auslaß 6 für das gleiche Fluid versehen. Die Endkappen 4 sind außerdem mit einem Einlaß 7 für ein zweites Fluid und einem Auslaß 8 für das gleiche Fluid versehen. Der Einlaß 5 und der Auslaß 6 für das erste Fluid sind mit einem inneren Schraubengewinde 9 bzw. 10 versehen. Der Einlaß 7 und der Auslaß 8 für das zweite Fluid sind stattdessen mit einer einfachen äußeren Schraubverbindung 11 bzw. 12 versehen. Das Gehäuse 1 ist an seinem Ende mit einem verbreiterten Teil 13 versehen, welcher einen inneren peripheren Kanal 14 liefert. Das Polyurethanmaterial der Endwände 3 wird durch einen Ring 15, der in vergrößertem Maßstab in Fig. 3 gezeigt ist, daran gehindert, das Gehäuse 1 zu erreichen.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen derjenigen, die in Fig. 1 gezeigt ist. Die gleichen Bezugszeichen wurden daher für entsprechende Einzelheiten benutzt, aber unter Hinzufügung von a. Der einzige Unterschied besteht darin, daß der Einlaß 7a und der Auslaß 8a für das zweite Fluid abgewandelt wurden, indem sie mit einem vollständigeren Außenschraubgewinde 11a bzw. 12a versehen wurden. Dieser Einlaß 7a und dieser Auslaß 8a wurden außerdem mit einer Nut 11a' bzw. 12a' versehen. Durch die Kombination der Schraubgewinde 11a und 12a und deren Nuten 11a' und 12a' können der Einlaß 7a und der Auslaß 8a mit unterschiedlichen Arten von Rohrverbindern benutzt werden, wie in weiteren Einzelheiten in der EP-A-442 310 beschrieben ist. Die Schraubgewinde 11a und 12a sind dazu bestimmt, zusammen mit einfachen Schraubverbindern benutzt zu werden, und die Nuten 11a' und 12a' sind dazu bestimmt, zusammen mit komplizierteren Verbindungseinrichtungen vom sogenannten Hansen-Typ verwendet zu werden.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführungsform entspricht im wesentlichen den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen Die gleichen Bezugszeichen wurden daher für entsprechende Einzelheiten verwendet, doch unter Hinzufügung von b. Ein Hohlfaserbündel 2b ist in Längsrichtung in einem Gehäuse 1b zwischen zwei Endwänden 3b angeordnet, von denen nur eine in der Figur gezeigt ist. Ein Einlaß 5b für ein erstes Fluid ist mit einem Innenschraubgewinde 9b versehen. Der Nippel 8b ist hier als ein Einlaß gezeigt. Folglich kann die Vorrichtung nach der Erfindung entweder für Gleichstrom- oder Gegenstromfluß bestimmt werden. Der Nippel 8b kann auch mit der gleichen Art von Rohrverbinder versehen werden. Eine Möglichkeit besteht jedoch darin, daß ein Rohr mit Preßpaßsitz auf den Nippel 8b aufgepreßt wird. Der Ring 15b ist mit einem inneren Teil 15b' und einem äußeren Teil 15b" versehen, die durch verbindende Stoffbahnen 16b getrennt sind, die dazwischen eine oder mehrere Leitungen bilden. Zwischen dem Gehäuse 1b und dem Ring 15b sind unterstützende Stoffbahnen 17b vorgesehen, die dazwischen einen oder mehrere Kanäle bilden, durch welche das zweite Fluid von dem Nippel 8b zu dem peripheren Kanal 14b fließen kann, welcher zwischen zwei Flanschen 18b und 19b angeordnet ist. Zwischen der Endkappe 4b und der Endwand 3b ist vorzugsweise eine Klebstoffschicht 20b vorgesehen. Eine zweite Klebstoffschicht 21b ist vorzugsweise zwischen dem verbreiterten Teil 13b des Gehäuses 1b und der Endkappe 4b angeordnet. Die Befestigung und Abdichtung können jedoch auch, wie oben erwähnt, mit anderen Mitteln erfolgen. Außerdem ist normalerweise für das zweite Fluid bei der Filtration nur ein Auslaß erforderlich. Irgendein Einlaß für das zweite Fluid ist bei einer solchen Verwendung nicht erforderlich.

Claims

1. Vorrichtung für Stoff- und/oder Wärmeübertragung mit

einem zylindrischen Gehäuse (1) mit ersten und zweiten offenen Enden, die durch eine Innenoberfläche miteinander verbunden sind,

einem Hohlfaserbündel (2), das im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und sich zwischen ersten und zweiten Endwänden (3) erstreckt, die jeweils in Nachbarschaft zu den ersten und zweiten offenen Enden des Gehäuses angeordnet sind,

einer ersten Endkappe (4) mit einem Eingriffabschnitt zum Zusammenwirken mit dem Gehäuse für ein Verschließen des ersten offenen Endes desselben, mit einer ersten Verbindungseinrichtung (5) zum Führen eines ersten Fluids, das durch ein Inneres des Hohlfaserbündels (2) fließen soll, und einer zweiten Verbindungseinrichtung (8) zum Führen eines zweiten Fluids von einem Außenraum des Hohlfaserbündels (2) aus und

einer zweiten Endkappe (4) zum Verschließen des zweiten offenen Endes des Gehäuses mit einer ersten Verbindungseinrichtung (6) zum Führen des ersten Fluids, gekennzeichnet durch einen Ring (15), der zwischen der ersten Endwand und dem Gehäuse in Nachbarschaft zu dem ersten offenen Ende und der ersten Endkappe angeordnet ist, um einen Fluidkanal für das zweite Fluid aus dem Außenraum des Hohlfaserbündels und zwischen dem Ring (15) und der Innenwandoberfläche zu der zweiten Verbindungseinrichtung (8) zu bekommen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Endkappe mit der ersten Endkappe identisch ist und daß ein zweiter Ring (15) zwischen der zweiten Endwand und dem Gehäuse in Nachbarschaft zu dem zweiten offenen Ende und der zweiten Endkappe angeordnet ist, um einen Fluidkanal für das zweite Fluid am Außenraum des Hohlfaserbündels und zwischen dem Ring (15) und der Innenwandoberfläche zu der zweiten Verbindungseinrichtung (8) zu bekommen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (15) teilweise in die entsprechende Endwand (3) eingeformt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (15) aus einem Innenabschnitt (15b' in Fig. 3), der an das Hohlfaserbündel (2) angrenzt, und einem Außenabschnitt (15b" in Fig. 3), der an das Gehäuse (1) angrenzt, besteht, wodurch die entsprechende Endwand geformt werden kann, während der Ring das Hohfaserbündel unterstützt.

5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandoberfläche des Gehäuses (1) und eine Innenoberfläche des Ringes (15) im wesentlichen in Linie ausgerichtet sind und das Hohlfaserbündel (2) unterstützen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Innen- und Außenabschnitte (15b', 15b") durch mehrere Stoffbahnen miteinander verbunden sind welche eine oder mehrere Leitungen bilden, die durch das Formmaterial der Endwand gefüllt sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Endkappe (4) an dem Gehäuse (1) und/oder der Endwand (3) durch Verleimen befestigt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) an jedem Ende mit einem verbreiterten Teil (13) versehen ist, welches einen peripheren Kanal (14) für das zweite Fluid liefert.