CH627086A5

CH627086A5 - Process for the manufacture of a mass transfer apparatus

Info

Publication number: CH627086A5
Application number: CH264778A
Authority: CH
Inventors: Alexander S Borsanyi
Original assignee: American Hospital Supply Corp
Priority date: 1977-03-21
Filing date: 1978-03-10
Publication date: 1981-12-31
Also published as: IT1093246B; FR2384524A1; JPS53127377A; ES468067A1; BE865095A; DE2812080A1; IT7821375A0; CA1112580A; GB1602793A; SE7802904L; NL7802931A; ES476892A1

Description

La présente invention a trait à un procédé pour fabriquer un appareil de transfert de masse. The present invention relates to a method for manufacturing a mass transfer apparatus.

Par commodité, on se réfère ci-après à un appareil utilisé pour le traitement du sang par hémodialyse et/ou ultrafiltration; et il s'agira plus particulièrement d'un appareil de taille et de poids relativement faibles, économique à l'usage et convenant spécialement pour être utilisé à domicile et jeté après usage. For convenience, reference is made below to an apparatus used for the treatment of blood by hemodialysis and / or ultrafiltration; and it will more particularly be a device of relatively small size and weight, economical in use and specially suitable for use at home and discarded after use.

On connaît un appareil de ce type général, décrit dans le brevet américain No 3788482. Généralement la pile constituée par la membrane pliée en accordéon et par les éléments de support est enfermée de façon étanche aux fluides à l'intérieur d'une enveloppe. Cette enveloppe peut soit être une boîte constituée essentiellement de deux ou plusieurs pièces convenablement ajustées ensemble par exemple, soit être faite d'une matière plastique convenable et moulée autour de cette pile. Ces boîtes, étant faites selon un modèle donné, ont toutes exactement les mêmes dimensions et, d'autre part, le moule étant le même pour toutes les enveloppes, leurs dimensions externes sont identiques. Aussi a-t-on pensé qu'il serait avantageux d'avoir des appareils identiques ayant, en particulier, des piles exactement de la même hauteur. Cependant, on a maintenant trouvé que, dans la pratique, l'épaisseur de la membrane, et particulièrement des éléments de support, peut varier légèrement d'un appareil à l'autre et que ces légères variations, quand on les multiplie par le nombre de plis ou d'éléments de support d'une pile, peuvent aboutir à des variations appréciables de l'épaisseur des couches de sang formées dans différents appareils de même hauteur de pile et de mêmes dimensions externes. En conséquence, les performances et l'efficacité de ces appareils peuvent varier au hasard d'un appareil à l'autre, d'une façon indésirable, ce qui présente potentiellement de sérieux problèmes dans un domaine où la fiabilité et l'uniformité de fonctionnement sont jugées essentielles. An apparatus of this general type is known, described in American patent No 3788482. Generally the battery constituted by the membrane folded in accordion and by the support elements is enclosed in a fluid-tight manner inside an envelope. This envelope can either be a box consisting essentially of two or more pieces suitably fitted together for example, or be made of a suitable plastic and molded around this stack. These boxes, being made according to a given model, all have exactly the same dimensions and, on the other hand, the mold being the same for all the envelopes, their external dimensions are identical. It has therefore been thought that it would be advantageous to have identical devices having, in particular, batteries of exactly the same height. However, we have now found that, in practice, the thickness of the membrane, and particularly of the support elements, can vary slightly from one device to another and that these slight variations, when multiplied by the number folds or support elements of a stack, can lead to appreciable variations in the thickness of the blood layers formed in different devices of the same stack height and the same external dimensions. As a result, the performance and efficiency of these devices can vary randomly from device to device, undesirably, which potentially presents serious problems in an area where reliability and consistency of operation are considered essential.

Le but de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'un appareil ayant des caractéristiques de performance reproductibles, de sorte que les performances soient pratiquement identiques d'un appareil à l'autre, et, qui élimine ou tout au moins minimise fortement les problèmes et les désavantages des dispositifs déjà connus. The object of the present invention is to provide a method of manufacturing an apparatus having reproducible performance characteristics, so that the performances are practically identical from one apparatus to another, and which eliminates or at least minimizes strongly the problems and disadvantages of already known devices.

A cet effet, le procédé de fabrication d'un appareil de transfert de masse est agencé tel que défini dans la revendication 1. To this end, the method of manufacturing a mass transfer device is arranged as defined in claim 1.

Un appareil de transfert de masse obtenu par le procédé selon l'inventionest défini dans la revendication 3. A mass transfer apparatus obtained by the method according to the invention is defined in claim 3.

Une meilleure compréhension des caractéristiques de la présente invention et des avantages qui lui sont inhérents se dégagera de la description qui suit avec référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique est une vue en perspective d'un hémodialyseur placé, au cours de sa construction, entre les deux platines d'une presse. A better understanding of the characteristics of the present invention and of the advantages inherent therein will emerge from the description which follows with reference to the appended drawing, in which the single figure is a perspective view of a hemodialyzer placed, during its construction , between the two plates of a press.

Si l'on se reporte maintenant au dessin, on verra que la membrane semi-perméable 10 est pliée en accordéon autour des éléments-supports 11 qui sont disposés d'un seul côté de cette membrane. Les plis de la membrane couvrent toute la surface d'une plaque rigide inférieure 12 qui, de préférence, est faite de polyméha-crylate de méthyle ou d'une autre matière plastique rigide et dont la forme est en général rectangulaire. If we now refer to the drawing, we will see that the semi-permeable membrane 10 is folded in an accordion around the support elements 11 which are arranged on one side of this membrane. The folds of the membrane cover the entire surface of a lower rigid plate 12 which, preferably, is made of polymethyl methacrylate or another rigid plastic material and whose shape is generally rectangular.

Une plaque rigide supérieure 13, en général identique à la plaque rigide inférieure 12, couvre toute la surface du pli supérieure de la membrane. Chaque plaque est rigide et a des surfaces supérieure et inférieure planes et parallèles. Les extrémités supérieure et inférieure de la membrane peuvent être scellées, respectivement à la plaque supérieure et à la plaque inférieure, de façon étanche, par exemple à l'aide de résine époxy ou polyuréthanne ou autre agent adhésif convenable. An upper rigid plate 13, in general identical to the lower rigid plate 12, covers the entire surface of the upper fold of the membrane. Each plate is rigid and has planar and parallel upper and lower surfaces. The upper and lower ends of the membrane can be sealed, respectively to the upper plate and to the lower plate, in a leaktight manner, for example using epoxy or polyurethane resin or other suitable adhesive agent.

Les plaques 12 et 13 sont disposées entre les platines 14 et 15 de la presse. Les faces opposées de ces platines 14 et 15 sont exactement parallèles et doivent rester parallèles quand elles se déplacent l'une par rapport à l'autre. Par exemple, la platine 14 est fixe tandis que la platine 15 est mobile, étant rattachée au piston 16 de la presse. The plates 12 and 13 are arranged between the plates 14 and 15 of the press. The opposite faces of these plates 14 and 15 are exactly parallel and must remain parallel when they move relative to each other. For example, the plate 14 is fixed while the plate 15 is mobile, being attached to the piston 16 of the press.

Les éléments-supports utilisés dans cet appareil à l'intérieur des plis de la membrane peuvent être de types divers pour le maintien The support elements used in this device inside the folds of the membrane can be of various types for the maintenance

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d'un espace approprié entre des plis adjacents, et ne causant cependant qu'un empêchement minimal à l'écoulement du dialysat. Chacun prend la forme d'un organe d'espacement comprenant un réseau de plastique non tissé (par exemple en polyoléfine) qui comporte deux nappes de fils parallèles disposées pratiquement à angle droit les unes par rapport aux autres puis scellées à chaud, chaque nappe étant, à l'origine, dans un plan différent. Un élément-support peut généralement être constitué d'un ou de deux organes d'espacement entre les plis de la membrane. La membrane peut être n'importe quelle membrane flexible et semi-perméable de types divers bien connus dans la technique, par exemple des membranes connues convenant pour l'hémodialyse et le traitement du sang par ultrafiltration, telles que les membranes de Cuprophan (marque déposée), de polyacrylonitrile, etc. a suitable space between adjacent folds, and yet causing only minimal impediment to the flow of the dialysate. Each takes the form of a spacer comprising a network of nonwoven plastic (for example polyolefin) which comprises two layers of parallel threads arranged practically at right angles to one another and then heat sealed, each layer being , originally, in a different plane. A support element can generally consist of one or two spacers between the folds of the membrane. The membrane can be any flexible and semi-permeable membrane of various types well known in the art, for example known membranes suitable for hemodialysis and treatment of blood by ultrafiltration, such as Cuprophan membranes (registered trademark ), polyacrylonitrile, etc.

La pile constituée de la membrane et des éléments-supports est un assemblage compressible et élastique dont la hauteur peut varier selon la force de compression qu'on y applique. En outre, quand on applique la même charge ou force de compression à différentes piles formées de membrane et de matière d'espacement de même origine, il peut y avoir des variations de hauteur de la pile allant de 0,5 à 10%, ces variations étant communément de l'ordre de 2 à 6%. De telles variations prennent naissance à cause de minimes irrégularités ou différences dans l'épaisseur des matières utilisées pour les éléments-supports et les membranes des dialyseurs et parce que ces différences peuvent être amplifiées par la multiplicité des plis et des éléments-supports nécessaires dans chaque appareil. The pile made up of the membrane and the support elements is a compressible and elastic assembly, the height of which can vary according to the compression force applied to it. In addition, when the same load or compressive force is applied to different piles made of membrane and spacing material of the same origin, there can be variations in stack height ranging from 0.5 to 10%, these variations are commonly in the range of 2 to 6%. Such variations arise because of slight irregularities or differences in the thickness of the materials used for the support elements and the membranes of the dialyzers and because these differences can be amplified by the multiplicity of folds and support elements required in each apparatus.

On a trouvé qu'on peut obtenir une plus grande reproductibilité, et en général de meilleurs résultats, si, bien qu'on emploie toujours les mêmes éléments classiques tels que membrane, éléments-supports et plaques, on confectionne les piles de ces éléments sous une charge uniforme déterminée, sans s'occuper de savoir si la hauteur finale d'une pile diffère de celle d'une autre pile ayant le même nombre de plis et d'organes d'espacement. Il doit être entendu qu'on peut utiliser soit une pression constante, soit un poids ou tout autre moyen approprié qui exerce une charge uniforme également répartie sur et à travers la pile de membrane et d'éléments-supports grâce aux plaques rigides. We have found that greater reproducibility, and in general better results, can be obtained if, although the same conventional elements such as membrane, support elements and plates are still used, the stacks of these elements are made under a determined uniform load, regardless of whether the final height of a stack differs from that of another stack having the same number of plies and spacers. It should be understood that either constant pressure, weight or any other suitable means can be used which exerts a uniform load also distributed over and through the pile of membrane and support elements thanks to the rigid plates.

On peut facilement établir cette charge uniforme de valeur déterminée pour un assemblage de n'importe quelle dimension donnée et de n'importe quel nombre de plis donné, en utilisant n'importe quelles matières de membrane et d'organes d'espacement données, par une série d'essais simples. Si la charge est trop élevée, la perte de charge des fluides pendant leur traversée de l'appareil peut être trop élevée et les couches liquides peuvent être localement trop minces et/ou l'écoulement des fluides peut se faire à des débits qui sont trop lents, contrariant ainsi le fonctionnement et l'efficacité de l'appareil. Dans le cas du sang, il peut même y avoir le risque de coagulation de celui-ci à cause du débit réduit. Si, au contraire, la charge uniforme est trop faible, les canaux offerts à l'écoulement des fluides peuvent être trop larges et la répartition du fluide à l'intérieur de l'appareil peut devenir préférentielle tout comme, entre les différents plis, l'alimentation en parallèle à partir d'une tête commune de distribution, et le débit de la circulation peut devenir . localement trop lent, ce qui aboutit aux mêmes inconvénients que ceux indiqués ci-dessus. Avec la charge optimale, les dimensions des sections transversales des couches fluides dans les plis de la membrane et les débits de l'écoulement des fluides dans ceux-ci assureront les meilleures caractéristiques d'échange ou de transfert pour les matériaux et la construction utilisés. Une fois qu'on a établi la valeur optimale de la charge de compression pour obtenir les caractéristiques opératoires désirées pour un appareil de dimensions et de matières données, l'emploi répété de cette même charge dans la fabrication d'unités similaires aura pour résultat des appareils ayant dans l'ensemble les mêmes caractéristiques opératoires. En outre, on pourra obtenir cette reproductibilité des caractéristiques opératoires alors même que la hauteur de la pile d'un assemblage peut différer de celle de la suivante à cause des variations pratiquement indétectables dans l'épaisseur des multiples éléments-supports, et parfois même des membranes, utilisés dans des assemblages successifs. This uniform load of determined value can easily be established for an assembly of any given size and any given number of plies, using any given membrane and spacer material, by a series of simple tests. If the load is too high, the pressure drop of the fluids during their passage through the device may be too high and the liquid layers may be locally too thin and / or the flow of the fluids may be at flow rates which are too slow, thus adversely affecting the operation and efficiency of the apparatus. In the case of blood, there may even be the risk of blood clotting due to the reduced flow. If, on the contrary, the uniform load is too low, the channels offered for the flow of fluids may be too wide and the distribution of the fluid inside the device may become preferential, just as, between the different plies, the power in parallel from a common distribution head, and the flow of traffic can become. locally too slow, which results in the same disadvantages as those indicated above. With the optimum load, the dimensions of the cross-sections of the fluid layers in the folds of the membrane and the flow rates of the fluids in them will ensure the best exchange or transfer characteristics for the materials and construction used. Once the optimum value of the compression load has been established to obtain the desired operating characteristics for an apparatus of given dimensions and materials, repeated use of this same load in the manufacture of similar units will result in devices having on the whole the same operating characteristics. In addition, this reproducibility of the operating characteristics can be obtained even though the height of the stack of one assembly may differ from that of the next because of the practically undetectable variations in the thickness of the multiple support elements, and sometimes even of the membranes, used in successive assemblies.

On applique la charge de compression uniforme à des plaques rigides qui ont des faces planes parallèles et qui restent constamment parallèles entre elles, la pile de plis de la membrane et d'éléments d'espacement étant disposée entre elles. On a trouvé que cette disposition favorise la distribution uniforme des fluides à l'intérieur des plis de la membrane quand l'appareil ainsi formé est mis en fonctionnement. Ainsi, on maintient les plaques rigides 12 et 13 parallèles entre elles sous une charge uniforme et sans tenir compte des différences dans la distance entre ces plaques d'un appareil à l'autre, et ensuite on les fixe l'une à l'autre par des pièces de raccordement attachées aux bords des côtés longitudinaux opposés des plaques supérieure et inférieure. Avantageusement, les pièces de raccordement sont constituées par un certain nombre d'éléments rigides dressés verticalement et qui sont rattachés aux bords latéraux des plaques à proximité de leurs coins. The uniform compression load is applied to rigid plates which have parallel planar faces and which remain constantly parallel to each other, the stack of membrane plies and spacers being disposed therebetween. It has been found that this arrangement favors the uniform distribution of the fluids inside the folds of the membrane when the apparatus thus formed is put into operation. Thus, the rigid plates 12 and 13 are kept parallel to one another under a uniform load and without taking account of the differences in the distance between these plates from one device to another, and then they are fixed to each other by connecting pieces attached to the edges of the opposite longitudinal sides of the upper and lower plates. Advantageously, the connecting pieces consist of a number of rigid elements standing vertically and which are attached to the lateral edges of the plates near their corners.

Les éléments de raccordement peuvent avoir la forme de barres, de baguettes, de feuilles, de plaques, etc., allant d'une plaque à l'autre à proximité des pliures de la membrane. Ces éléments peuvent être collés, scellés, fondus, soudés, brasés, empotés, moulés, etc., pour former des liens rigides entre les bords latéraux des deux plaques. Si on le désire, ils peuvent faire partie intégrante de l'une ou de l'autre plaque. The connecting elements may be in the form of bars, rods, sheets, plates, etc., going from one plate to another near the folds of the membrane. These elements can be glued, sealed, melted, welded, brazed, potted, molded, etc., to form rigid links between the side edges of the two plates. If desired, they can be an integral part of either plate.

On utilise des têtes de distribution 17,18,19 conduisant les fluides comme éléments rigides de raccordement entre la plaque inférieure et la plaque supérieure. Chaque tête de distribution a un canal vertical tourné vers l'intérieur qui communique avec tous les plis de la pile du côté de la membrane faisant face à cette tête de distribution et qui, à part cela, est fermé à l'exception d'un orifice avantageusement pourvu d'un court tuyau 20,21,22, auquel on peut relier, de façon étanche, un tube approprié. Ces têtes de distribution sont fixées aux bords latéraux des plaques inférieure et supérieure, par exemple aux points 23,24,25,26, etc., cependant que l'assemblage est maintenu sous une charge déterminée uniforme et constante. Comme les têtes de distribution sont fixées aux plaques, au lieu d'être verrouillées mécaniquement à ces plaques, l'étape de fixation des têtes de distribution peut aisément être menée à bien sans exercer sur les plaques quelque force que ce soit, qui puisse modifier leur espacement ou qui puisse permettre des changements significatifs de cet espacement après que la fixation est achevée et que la structure 'assemblée est retirée de la presse. Dispensing heads 17, 18, 19 are used which conduct the fluids as rigid elements for connection between the lower plate and the upper plate. Each dispensing head has a vertical channel facing inwards which communicates with all the folds of the stack on the side of the membrane facing this dispensing head and which, apart from this, is closed except for one orifice advantageously provided with a short pipe 20,21,22, to which a suitable tube can be connected in leaktight manner. These dispensing heads are fixed to the lateral edges of the lower and upper plates, for example at points 23, 24, 25, 26, etc., while the assembly is maintained under a determined uniform and constant load. As the dispensing heads are fixed to the plates, instead of being mechanically locked to these plates, the step of fixing the dispensing heads can easily be carried out without exerting any force on the plates which could modify their spacing or which may allow significant changes to this spacing after the fixing is completed and the assembled structure is removed from the press.

On achève ensuite la construction souhaitée de l'appareil en assurant son étanchéité périphérique aux fluides par des moyens connus en soi. Par exemple, il est possible d'introduire l'assemblage (avec les têtes de distribution) dans un moule et de couler dans le moule une résine fluide pour enrober cet assemblage. Il est possible aussi d'employer une boîte (équipée d'ouvertures pour recevoir les tubes ou tuyaux 20,21,22, etc.), par exemple en deux morceaux, et de couler une résine fluide autour de l'assemblage à l'intérieur de la boîte assemblée. Ainsi les bords des membranes peuvent être scellés sur toute leur longueur. The desired construction of the device is then completed by ensuring its peripheral tightness to the fluids by means known per se. For example, it is possible to introduce the assembly (with the dispensing heads) into a mold and to pour a fluid resin into the mold to coat this assembly. It is also possible to use a box (equipped with openings to receive the tubes or pipes 20,21,22, etc.), for example in two pieces, and to pour a fluid resin around the assembly to the inside of the assembled box. Thus the edges of the membranes can be sealed over their entire length.

On a décrit l'appareil sous une forme particulièrement adaptée à l'usage comme hémodialyseur pourvu de quatre orifices, deux pour le sang et deux pour le dialysat, pour le traitement du sang. On peut aussi ne prévoir qu'un orifice pour la sortie de l'ultrafiltrat. Dans chacun de ces cas, les caractéristiques décrites ci-dessus améliorent la circulation du sang ou autre fluide et, partant, l'efficacité de l'appareil. The apparatus has been described in a form particularly suitable for use as a hemodialyzer provided with four orifices, two for blood and two for the dialysate, for the treatment of blood. It is also possible to provide only one orifice for the outlet of the ultrafiltrate. In each of these cases, the features described above improve the circulation of blood or other fluid and therefore the efficiency of the device.

Cet appareil convient aussi pour n'importe quel autre traitement du sang, par exemple comme oxygénateur du sang dans un poumon artificiel. This device is also suitable for any other blood treatment, for example as a blood oxygenator in an artificial lung.

En outre, à la place du sang et du dialysat, on peut utiliser n'importe quels fluides s'écoulant à travers les canaux et les orifices. Egalement, on peut employer d'autres types de membranes ou des feuilles repliées, selon ce qui est exigé par chaque fluide et par la nature des transferts désirés entre les fluides. In addition, instead of blood and dialysate, any fluids flowing through the channels and orifices can be used. Also, other types of membranes or folded sheets can be used, depending on what is required by each fluid and the nature of the transfers desired between the fluids.

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On doit tout particulièrement souligner que l'un des principaux avantages du procédé décrit est qu'il permet de fabriquer une série d'appareils semblables qui, à cause de l'application de la même charge ou force uniforme déterminée pendant la fabrication de chacun des appareils de la série, auront dans l'ensemble les mêmes caractéristiques opératoires en cours d'emploi, en dépit de minimes différences d'épaisseur des membranes et/ou des éléments-supports de chacun des appareils de la série. It should be particularly emphasized that one of the main advantages of the process described is that it makes it possible to manufacture a series of similar devices which, because of the application of the same uniform load or force determined during the manufacture of each of the devices of the series, will have on the whole the same operational characteristics during use, in spite of minimal differences in thickness of the membranes and / or the support elements of each of the devices of the series.

R R

1 feuille dessins 1 sheet of drawings

Claims

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1. Method for manufacturing a mass transfer device comprising the following steps:

An assembly is made up comprising a semi-permeable membrane folded in accordion fashion in a number of folds close to each other around support elements arranged in or between the folds on one side of the membrane, the folded membrane and the support elements being arranged between two flat and rigid plates of uniform thickness,

This assembly is introduced between the two plates of a press, at least one of which is movable relative to the other, their opposite faces remaining constantly parallel during all the positions taken by the plates,

- a determined compression load is imposed on the assembly by means of the press,

The opposite lateral edges of the lower or upper rigid plates of the assembly are connected to each other, while the latter is maintained under the uniformly distributed compression load, and

- the exterior wrapping of the device is completed.

2. Method according to claim 1, characterized in that the compression load is imposed while keeping the plates parallel to one another, and several rigid connection pieces are fixed arranged perpendicular to the opposite lateral edges of the lower plates and higher.

3. Mass transfer device obtained by the method according to one of claims 1 or 3, characterized in that it comprises two rigid and rectangular plates having opposite planar parallel surfaces, a semi-permeable membrane disposed between these plates and folded into a stack of accordion folds over practically the entire internal surface of the plates, a support element being arranged inside each fold on one side of the membrane, connecting pieces attached to the opposite lateral edges of the plates to fix these two plates in parallel position while keeping the stack under a compression load of determined value, at least three holes for the flow of fluids on each side of the membrane stack, an envelope containing the membrane stack, the plates and orifices, and means sealingly coating the edges of the membrane over its entire length.

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the connecting pieces are bars, rods, sheets and / or plates, which are attached to the rigid plates by gluing, sealing, welding, soldering, potting or molding.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that at least one of the connecting parts is an integral part of one of the two rigid plates.

6. Apparatus according to claim 3, characterized in that the connecting pieces attached to the rigid plates include distribution heads for fluids.

7. Apparatus according to claim 3, characterized in that two of the connecting pieces are attached to the same lateral edges of the plates, near the opposite ends of these plates.

8. Apparatus according to claim 3, characterized in that the connecting pieces are attached to the side edges of the rigid rectangular plates near the four corners thereof.

9. Apparatus according to claims 6 and 8.

10. Apparatus according to claim 3, characterized in that each support element is planar and comprises at least one spacer formed from a nonwoven plastic network having two layers of son heat sealed together, each layer being in a different plan before heat sealing.

11. Apparatus according to claim 3, characterized in that the connecting pieces maintain the stack under a uniformly distributed compression load: