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1)ialysator aus Membranen Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dialysatoren
für die Trennung der kolloidalen von den molekulardispersen Teilchen einer Lösung
aufgrund eines Konzentrationsgefälles mittels semipermeabler Membranen.
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Es ist bekannt, solche Membranen mit Warzen zu versehen, damit sie
nicht aufeinander haften und ein Verteilungselement flir die zu behandelnde Flüssigkeit
gleiohzeitig als Absandhalter zwischen: die Membranen einzulegen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe, einen dialysator zu schaffen, der
im wesentlichen nur aus einer Packung von gleichartigen Membranen ohne Abstandhalter
besteht und dieser Dialysator drart ausgebildet ist, daß die beiden austauschenden
Flüssigkeitsströme im Querstrom zueinander unter gleiohwertiger ausnutzung fast
der ganzen Membranoberfläche auf großen, freien Eintrittsquerschnitten
in
den Membranstapel eintreten und durch diese im Querstrom hindurchströmen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe besteht der neue aus Kunststoffmembranen
gestapelte Dialysator aus aolchen Membranen mit mindestens einer reliefierten Oberfläche,
welche mit der dagegenliegenden Oberfläche der benachbarten Membranen eine Gruppe
enger Kanäle zum Durchfluß einer Dialyseflüssigkeit bildet und daß die Kanalgruppen,
die aus Ru liefern zwischen benachbarten Membranen gebildet sind, zum DurchfluB
der anderen Dialyseflüssigkeit gegenüber der ersten Kanalgruppe versetzt sind.
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Eine Verbesserung dieses Membrandialysators besteht in einer Packung
gleicher unststoffmembranen, die jeweils eine reliefierte Oberfläche aus einander
parallelen Kanälen und eine andere planebene Oberfläche haben und daß benachbarte
Membranen mit quer zueinander verlaufenden Eanalgruppen zur Leitung der Dialyse
im Querstrom gegeneinander versetzt sind.
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Vorteilhaft zur ganze Verwendungan ist, daß die Membranen beiderseits
reliefiert sind und die ICanäle auf einer Oberfläche quer zu den Kanälen der anderen
Oberflächen verlaufen, sodaß bei der Gegenlegung von nicht reliefierten Membranen
ein Querstromdialysator entsteht. In der Praxis haben sich Dialyßatoren dieser Art
mit einem Abstand der benachbarten Riefenkuppen in der Größenordnung von 200 Mikron
bewährt und einer Rillentiefe von etwa 125 Micron.
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Die auf der Oberfläche der Membranen gebildeten Riefen können ein
weitgehend wählbares Querschnittprofil haben. Sie können z.B. halbkreisförmig sein
oder ein Kreis- oder Ovalsegment bilden, sie können dreieckig, rechteckig sein oder
andere geometrische Formen bilden. Die Wahl dieses Rillenprofils hängt von der Art
des Kunststoffes ab, ferner von der Art der Dialyse, für welche diese Membranen
bestimmt sind, sowie von der DruckfestigReit, welche abhängig vom Kunststoff und
der Höhe sowie der Belastung des Membranenstapels erforderlich ist, um die Gleichmäßigkeit
der zwischen den Membranen gebildeten Kapillaren aufrechtzuerhalten.
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Der neue Dialysator nach der Erfindung arbeitet in reinem Querstrom.
Es ist nur notwendig, den Membranenstapel in ein Gefäß einzuschließen, das längs
den Kanten des zweckmässig würfelförmigen Membranenstapels flüssigkeitsdicht abschließt,
mit anderen Worten werden die Membranen in ein Gestell gepackt, das ihre Kanten
flüssigkeitsdicht umschließt. Dann entstehen in diesem Gefäß von selbst 4 Zellen
für einen reinen Querstrombetrieb der Dialyse, welche gleichzeitig und gleichwertig
innerhalb des ganzen stapels vor sich geht. Ununterbrochen und gleichzeitig werden
die gesamten Ansichteflächen des Stapels im Querstrom mit den zu dialysierenden
Flüssigkeiten beaufschlagt, jeweils unter vollständiger Ausnutzung der gesamen Membranoberflächen.
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Der neue Dialysator ist in erster Linie als Blut-Dialyßator geeignet,
aber auch für grundsätzlich alle Dialysationsarbeiten
einschließlich
der Entsalzung und des Wärmeaustausches, weil er sich in jeweils angepasster Relieferung
und Stapelhöhe aus den verschiedensten halbdurchlässigen Membranstoffen herstellen
läßt.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in beispielsweisen, aber bevorzugten
Ausführungsformen dargestellt.
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Figur 1 ist das Schaubild einer Ecke eines neuen Membrandialysators
in stark vergrößerter Ausführung, Figuren 2-4 sind Einzelheiten von Membranformen
in einer gegenüber der Figur 1 wiederum erheblich vergrößerten Ausführung, Figur
5 ist ein Schaubild mit abgebrochenen Einzelteilen eines neuen Membrandialysators
in Arbeitsstellung, Figur 5a ist eine Einzelheit.
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Man erkennt in Figur 1, daß der neue Membrandialysator 1 aus Kunststoffolien
2 gestapelt ist, die eine reliefierte Oberfläche 3 haben. Diese Reliefierung besteht
in der Ausführungsform nach Figur 1 aus einander dicht benachbarten Parallelkanälen
mit etwa halbrunden Querschnitten0 Figur 1 läßt deutlich erkennen, daß im Stapel
der Membranen 1 diese Membranen abwechselnd im rechten Winkel zueinander gestapelt
sind. Figur 1 macht deutlich, daß die oberste Membran mit Kanälen von vorn rechts
nach hinten links gestapelt ist,
die darunterliegende Membran dagegen
mit Kanälen von vorn links nach hinten rechts usw. abwechselnd. Nach Fig. 1 sind
also lauter gleiche Kunststoffmembrann zur Bildung eines Dialysators gestapelt,
nur dass die Membranen kreuzweise miteinander versetzt aufeinander folgen.
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Man erkennt in Fig. 1 ferner, daß die nicht mit reliefierten Kanälen
versehenen Kanten der Mebranen von Winkelschienen 5,7 flüssigkeitsdicht eingefasst
sind, außerdem in diesen Winkelschienen 5, 7 dazu eine genaue Lage der Membranen
in den Stapeln zu sichern.
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Die Winkelschienen sind nach rückwärts mit einem Steg 6 versehen,
sodaß sich im ganzen eine Y-Form dieser Schienen ergibt, Die Stege 6 schließen,
wie Fig. 5 zeigt, dicht an die Seitenwand des Dialysatorbehälters 4 an. Dieser Behälter
hat im übrigen einen dicht-schlieBenden Boden 8 und einen flüssigkeitsdichtenden
Deckel 12Q Enthält ein solcher Behälter 4 einen Einbau von 4 Trenn-und Puhrungsschienen
5-7, die zweckmässig senkrecht und im Rechteck angeordnet sind, so entstehen im
Behälter 4 vier einander gegen überliegende Flüssigkeitsabteilungen, die voneinander
völlig unabhängig sind.
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Wie man in Fig. 5 erkennt, sind jeweils die gesamten Seitenflächen
des Membranstapels gegenüber dem entsprechenden
Behälterabteil frei
für die Dialyse zugänglich. Mit anderen orten bildet je eine Seitenfläche des Meabranstapels
mit allen Enden der Kanäle eine Innenwandung des benachbarten Flüssigkeitsbehälters.
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Man erkennt, daß mithin der neue Dialysator nur aus einem Behälter
4 mit Boden 8, Deckel 12 und Trennwänden 5 mit Schienen 6,7 besteht sowie den zwischen
die Winkelschienen gestapelten profilierten Kunststoffmembranen 1-3o wird der Dialysator
z03. in Richtung der Pfeile 13 mit Blut beschickt und in Richtung der Pfeile 14
ganz unabhängig davon mit Dialyseflüssigkeit, so geht in einfachster Weise auf sehr
großer Fläche unter statistisch homogenen Bedingungen die Dialyse innerhalb des
ganzen Membranstapels ununterbrochen vor sich. Das zu reinigende Blut tritt im Beispiel
der Fig.5 durch eine Öffnung in der Wand 4 in den Behälterteil vorn links ein und
verläßt gereinigt den Dialysator durch einen z,B. trichterfo'rmigen Auslass im rückwärtigen
Teil im Sinne des Pfeiles 13. Die Dialyseflüssigkeit würde im Beispiel der Fig.5
vorn links in Richtung des Pfeiles 14 eintreten und den Dialysator verbraucht hinten
rechts in Richtung des Pfeiles 13 verlassen.
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Die neuen Kunststoffmembranen lassen sich mit Bezug auf ihre Reliefierung
sehr verschiedenen Verwendungszwecken anpassen.
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Es ist zweckmässig, daßmder Abstand 16 der Kuppen der Kanalrillen
etwa doppelt so groß ist wie die Tiefe 17 der Kanalrillen. Bewährt haben sich Membranen,
deren Kuppenabstand 16 etwa 250 Mikron beträgt und deren Eanalrillen 17 etwa 125
Micron tief sind.
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In Figur 2 hat das Profil der Membranen einen dreieckigen Querschnitt
15. Nach Figur 13 ist der Querschnitt der Reliefierung der Membranen 18 trapezförmig.
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Jeweils ist die Unterseite der Membranen 1 - 3, 15 und 18 glatt.
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Nach Figur 4 hat die Membran 1 ein Profil 19 mit flacher Obere fläche
und halbkreisförmiger Vertiefung der Kanäle. Bei dieser Ausbildung der Membranen
nach Figur 4 ist die Unterseite der Membranen mit gleichartigen Reliefierungen 20
versehen. Diese Membranart nach Fig.4 wird in der Weise gestapelt, daß immer eine
reliefierte und eine glatte Membran aufeinander gelegt werden. Diese glatten Membranen
können äußerst dünn sein und daher äußerst durchlässig.
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Die neuen reliefierten Membranen können für den Zweck der Dialyse
auf den verschiedensten Gebieten aus jeweils angepasstem Kunststoff ausgebildet
werden, z.B, außer für biologische Zwecke auch für die Entsalzung von Meerwasser,
für den YWärmeaustausch und für sehr viele chemische und biochemische Dialysezwecke.
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Der Anpassung fähig sind also nach der neuen Erfindung die Höhe der
Stapel, -die gArten der Reliefierung der Membranen sowie die Kunststoffe, aus denen
sie bestehen. Sollen solche Membranen z. zu als Oxigenator dienen, so werden sie
aus einem für 02 und Co2 durchlässigen Silikonkautschuk hergestellt.
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Der neua Dialysator ist keineswegs auf kleine Anwendungsfälle, z.
B. im Laboratorium, beschränkt, vielmehr können derartige Dialysatoren in beliebiger
Größe für sehr hohe Leistungen in technischen Anlagen ausgebildet werden. Membranen
mit einer Größe von mehreren bis vielen Quadratmetern sind ohne weiteres herstellbar
und betriebssicher.
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Zur Verbesserung der Stapelung, besonders von sehr großen Membranen,
erkennt man in Fig. 5a, daß Schutzschienen 10 mit beliebigen Rastern 11 vor den
Seitenkanten der S-tapel z. BO in Schlitzen 9 aufstellbar sind zum Zweck, die Membranstapel
beliebig sorgfältig und gleichmässig zu haltern, ohne daß dadurch ihre gleic-hmäßige
Durchlässigkeit im geringsten beeinflusst wird.
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Die Schutzschienen 10 können auch aus mikroporösen Stoffen hergestellt
sein.
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W-esentliche Vorteile des neuen Membrandialysators bestehen in eeiner
Einfachheit. Er läßt sich leicht aus glatten Bauteilen fertigen, die sich leicht
mit höchsten Ansprüchen reinhalten lassen. Außerdem ist es unschwer möglich, diesen
Dialysator aus völlig verschleißfesten, gegen chemische und Witterungseinflüsse
beständigen Stoffen herzustellen. Unschwer können daher solche Dialysatoren nach
der Erfindung im Freien aufgestellt werden, z. B. als großtechnische Anlagen zur
Erltsalzung von Meerwasser oder für andere Zwecke der großtechnischen Dialyse, z.
B. in chemischen Betrieben.
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In der Zeichnung ist das Dialysegefäß zylindrisch dargestellt. Bei
der Verwendung als Blut-Dialysator sind zweckmäßig die im Behälter 4 ausgebildeten,
voneinander unabhängigen Flüssigkeitsabteilungen so klein wie möglich zu machen.
Zu diesem Zweck läßt sich dann der Behälter 4 als viereckiges Kästchen ausbilden,
das z.B. nebst Bodenbelägen und Trennwänden sowie den Schienen 6, 7 aus Kunststoff
besteht. In allen Figuren sind ferner zum besseren Verständnis alle Bestandteile
5o - 1oo x vergrößert dargestellt. Die Membranen nach der Erfindung haben die übliche
Dicke von Häuten. Entsprechend genügt für die Führungsschienen 5 - 7 und ebenso
für die Schutzschienen lo - 11 eine Dicke von etwa 1 mm.