DE3005408A1

DE3005408A1 - Semipermeables membranelement

Info

Publication number: DE3005408A1
Application number: DE19803005408
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Ishii; Masataka Murai; Hitoshi Yonekawa
Original assignee: Daicel Chemical Industries Ltd
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1979-02-15
Filing date: 1980-02-13
Publication date: 1980-08-21
Also published as: US4500426A; GB2070974A; FR2448925B1; GB2070974B; FR2448925A1

Description

Die Erfindung betrifft semipermeable Membranelemente des Typs, der flache Membranen einschließt. Die Erfindung betrifft insbesondere semipermeable Membranelemente, beispielsweise vom druckbeständigen Plattentyp, Falttyp, Vielfach-Flachrohr-Typ, spiralförmig gewickelten Typ und dergleichen, die flache Membranen enthalten und die beispielsweise zur Hämofiltrierung oder Hämodialyse als sogenannte künstliche Nieren geeignet sind.

Präzisionsfiltrations- ₉ Ultrafiltrations-„ Umkehrosmoseverfahren und ähnliche Verfahren, bei denen Membranen verwendet werden, haben weite Anwendung Eur Trennung, Reinigung und Konzentrierung von Flüssigkeiten, zur Herstellung von Wasser und zur Behandlung von technischen Abwässern gefunden. Die bei diesen Verfahren verwendeten bekannten semipermeabler^ Membranelemente sind dem Grunde nach vom rohrförmigen Typ, spiralförmig gewickelten Typ₉ Hohlfasertyp und Platten-Rahmen-Typ. Weiterhin wurden in neuerer Zeit auch solche Elemente vom Falttyp vorgeschlagen. Die semipermeablen Membranelemente, die flache Membranen umfassen und die bislang beschrieben worden sind, sehließss \^eiterhin solche vom spiralförmig gewickelten Typ (US-PS»esa 3 542 203* 3 554 378 und 3 746 591), vom Platten-Rahmen-Typ (JÄ-OS 70280/1975) νκ&ά. vosa- Falttyp (US-PS 3 266 223) ©in.

Bei Membran el ementesi, die flache Membranen einsehließen und die für die Reinigung von Blut vorgesehen sind,, hat man es als unzweckmäßig angesehen, ein Abstandsstück oder ein ähnliches Element in den Kanal für das zu behandelnde Blut einzusetzen, da beispielsweise bei der Blutfiltration in einer künstlichen Niere zu erwarten gewesen wäre, daß ein solches Element einen turbulenten oder ScherfluE im Blutstrom ergeben

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würde, was möglicherweise eine Hämolyse oder eine Blutgerinnung bewirken würde.

Im Verlauf von Untersuchungen über solche Erscheinungen wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ein Abstandsstück mit spezieller Gestalt eingesetzt werden kann, ohne daß eine Hämolyse oder eine Blutgerinnung erfolgt. Die Verwendung dieses Abstandsstücks gestattet weiterhin, daß das Membranelement eine höhere Leistung erhält als herkömmliche Elemente mit Einschluß von flachen Membranen. Auf dieser Feststellung baut sich die vorliegende Erfindung auf.

Gegenstand der Erfindung ist ein semipermeables Membranelement von dem Typ, der eine flache Membran enthält, das eine Bestandteilseinheit umfaßt, welche ein Distanzstück in innigem Kontakt mit der aktiven Seite der Membran, die der zu behandelnden Flüssigkeit ausgesetzt ist, enthält, wobei das Distanzstück dazu imstande ist, eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen der Membran und dem Distanzstück zu bilden, und wobei die parallelen Kanäle eine maximale lichte Weite zwischen 35 bis 500 um , vorzugsweise 50 bis 200 um , mehr bevorzugt 50 bis 100 um, und eine Breite von 0,6 bis 10 mm haben.

Die hierin gewählte Bezeichnung "maximale lichte Weite" bedeutet den größten Abstand (oder Kanalhöhe) zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen des Distanzstücks und der Mebran zum dazwischen erfolgenden Durchgang der zu behandelnden Flüssigkeit, senkrecht zu der ebenen Membranoberfläche gemessen.

Aufgabe der Erfindung ist es, Membranelemente, die flache Membranen einschließen, zur Verfügung zu stellen, die hinsichtlich des Verhaltens pro Flächeneinheit und der Produktivität Membranen vom Hohlfasertyp überlegen sind, wobei die Elemente die wirksame Funktion der Membran ermöglichen sollen.

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Durch die Erfindung sollen weiterhin Membranelemente zur Verfügung gestellt werden, die halbnasse Membranen enthalten, und diese Membranen sollen wirksam arbeiten.

Eines der wichtigen Konstruktionsmerkmale der Erfindung ist die Verwendung eines DistanzStücks mit spezieller Gestalt in innigem Kontakt mit einer flachen Membran, um eine Vielzahl von parallelen Kanälen von vorbestimmter Größe zwischen der Membran und dem Distanzstück zu bilden.

Eine Oberfläche des Distanzstücks ist wellenförmig, und sie ist dazu imstande, eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen der Oberfläche des Distanzstücks und der gegenüberliegenden aktiven Oberfläche der flachen semipermeablen Membran, die der zu behandelnden Flüssigkeit ausgesetzt ist, zu bilden. Die parallelen Kanäle ergeben dazwischen eine lichte Weite von 35 bis 500 um . Vorzugsweise hat das Abstandsstück, wenn es gewellt bzw. wellenförmig ist, eine Dicke von 20 bis 200iim des ursprünglichen Filmes, der das Distanzstück bildet. Die Windungsganghöhe beträgt etwa 0,6 bis etwa 10 mm (Breite der Kanäle), und die Wellenhöhe beträgt etwa 35 bis etwa 500 um.

Es wird weiterhin bevorzugt, daß das Distanzstück mit Teilen gebildet ist, um die parallelen Kanäle miteinander in Verbindung zu halten.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen semipermeablen Membranelements darstellt;

Fig. 2 einen Schnitt, aufgenommen entlang der Linie A-A der Fig. 1;

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Fig. 3 eine bruchstückartig vergrößerte Ansicht dieser Ausführungsform;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform;

Fig. 4' eine perspektivische Ansicht, die die Beziehung zwischen einer flachen semipermeablen Membran und einem in dieser enthaltenen Distanzstück zeigt;

Fig. 4" eine Draufsicht, die das Distanzstück darstellt;

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein herkömmliches semipermeables Membranelement ohne Distanzstück darstellt;

Fig. 6 eine der Fig. 5 entsprechende Ansicht, die eine weitere Ausführungsform zeigt;

Fig. 7 (A) eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie B-B der Fig. 5;

Fig. 7 (B) eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie C-C der Fig. 6;

Fig. 8 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht, die eine weitere Ausführungsform zeigt;

Fig. 9 eine perspektivische Explosionsansicht, die die Konstruktion dieser AusfUhrungsform zeigt;

Fig. 10 eine bruchstückartige Ansicht im Vertikalschnitt der Ausführungsform der Fig. 6, um ein Verfahren zur Herstellung dieser Ausführungsform zu zeigen, wobei Abschnitt (A) die Ausführungsform vor der Zusammenstellung und Abschnitt (B) die Ausführungsform nach der Zusammenstellung zeigt;

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Fig. 11 eine perspektivische Explosionsansicht, die eine weitere Ausführungsform darstellt;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht, die die Ausführungsform mit miteinander verbundenen Teilen zeigt;

Fig. 13 eine perspektivische Explosionsansicht, die eine weitere Ausführungsform zeigt;

Fig. 14 eine bruchstückartig vergrößerte Ansicht im Querschnitt, die die Ausführungsform in einer Anfangsstufe der Produktion zeigt;

Fig. 15 ein Diagramm im Querschnitt, das die Ausführungsform im Verlauf der Herstellung zeigt;

Fig. 16 und 17 Vertikalschnittansichten, die die Ausführungsform darstellen;

Fig. 18 eine Vertikalschnittansicht, die das resultierende Element, zusammengestellt zu einem Modul bzw. Baustein, zeigt;

Fig. 19 bis 24 bruchstückartig vergrößerte Ansichten im Querschnitt, die weitere Ausführungsformen des Distanzstücks zeigen;

Fig. 25 eine teilweise abgebrochene Draufsicht, die ein semipermeables Membranelement vor seiner Zusammenstellung zu einem Modul bzw. Baustein zeigt, wobei das Membranelement eine flache rohrförmige Membran und ein darin eingesetztes Distanzstück enthält;

Fig. 26 eine Querschnittsansicht, aufgenommen entlang der Linie A-A der Fig. 25;

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_ Q —

Fig. 27 bis 34 und 37 Draufsichten, die weitere Ausführungsformen des Distanzstücks zeigen; und

Fig. 35, 36 und 38 bis 40 bruchstückartige Draufsichten, die weitere Ausführungsformen des Distanzstücks zeigen.

Es können verschiedene Typen von semipermeablen Membranelementen entsprechend dem vorgesehenen Zweck verwendet werden. Nachstehend wird zuerst eine flache rohrförmige Bestandteilseinheit, die Basis von solchen Typen, beschrieben. Daran schließt sich eine Beschreibung von Modifikationen davon, nämlich Membranelementen vom Vielfach-Flachrohr-Typ, Falttyp, druckbeständigen Plattentyp und spiralförmig gewickelten Typ an. Modifikationen von verschiedenen Teilen dieser Elemente werden nachstehend beschrieben.

(1) Flache rohrförmige Bestandteilseinheit

In den Fig. 1 bis 4, 4¹ und 4" ist mit dem Bezugszeichen 1 eine semipermeable Membranelement-Bestandteilseinheit dargestellt, die eine flache rohrförmige Membran 2 und ein gewelltes Distanzstück 3» das in das Innere der Membran 2 damit in innigem Kontakt eingesetzt ist, enthält.

Die flache semipermeable Membran 2 der Bestandteilseinheit wird dadurch hergestellt, daß man eine etwa 50 bis 200 um dicke nasse semipermeable Membran, zum Beispiel aus Celluloseacetat, über einem gewebten Flächengebilde (das als Unterlage wirkt), zum Beispiel aus elongierten Polyäthylenterephthalatfasern, bildet, wodurch ein Streifen mit einer Gesamtdicke von etwa 100 bis etwa 400um gebildet wird, das Wasser der nassen Membran durch Glycerin ersetzt und gegenüberliegende Enden des Streifens, beispielsweise durch Heißversiegeln, wie bei 9 in Fig. 2 angegeben ist, miteinander verbindet, um ein flaches Rohr (das einer Hülle ähnelt) zu erhalten, welche ei-

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nen Beschickungsflüssigkeits- oder Blutdurchgang enthält. Die äußere Peripherie der Bestandteilseinheit, die mit der Unterlage 6 bedeckt ist, liefert einen Filtratdurchgang (äußeren Durchgang) um die Einheit herum. Die Innenperipherie der Bestandteilseinheit, die durch die flache semipermeable Membran per se erhalten wird, definiert den oben genannten Beschikkungsflüssigkeitsdurchgang (Innendurchgang) mit einem darin angeordneten Distanzstück 3.

Das Distanzstück 3 ist gewellt oder wellenförmig, und es wird zum Beispiel aus DAIAMID (Warenzeichen für Nylon 12, hergestellt von Daicel Chemical Industries Ltd.) durch Heißverpressen hergestellt. Das Distanzstück 3 hat eine Dicke von etwa 80 um, eine Ganghöhe bzw. Steigung der Wellen von etwa 0,9 mm und eine Wellenhöhe von etwa 70 um. Das Distanzstück 3 hat kleine Schlitze 10, 10· und 10", die zu ihren Kämmen oder Rinnen senkrecht stehen. Die Schlitze haben eine Breite von 2 mm und eine Länge (Längsabmessung), die 4 mm kleiner ist als die Breite des Distanzstücks. Sie sind im gewünschten Abstand angeordnet. Wie aus Fig. 1 ersichtlich wird, ist der Schlitz 10 nahe an dem Baschickungsflüssigkeitseinlaß d, der weiter unten beschrieben wird, nämlich nahe an einer Klebschicht a, an einem Ende der Einheit 1 angeordnet, während der Schlitz 10" nahe an der Klebschicht a am anderen Ende der Einheit angeordnet ist. Während die Klebschichten eine Deformation der parallelen Kanäle, die weiter unten beschrieben werden, bewirken könnten, dienen die so angeordneten Schlitze dazu, Unregelmäßigkeiten des Flusses der Beschickungsflüssigkeit, die von der Deformation herrühren würden, zu eliminieren.

Das Distanzstück 3 ergibt auf gegenüberliegenden Seiten davon eine große Anzahl von parallelen Kanälen 4,4, ... und 4¹,4', zwischen dem Distanzstück und der flachen semipermeablen Membran 2 der Einheit. Die Schlitze 10, 10' und 10" ergeben Teile, daß diese parallelen Kanäle 4,4 ... und 4¹,4' ... miteinander in Verbindung gehalten werden.

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Das semipermeable Membranelement ist in dem Körper b eines Gehäuses mit (oder ohne) einer Füllfolie bzw. -platte 7 eingeschlossen, und es ist mit einem Beschickungsflüssigkeitseinlaß und -auslaß d und d¹ sowie mit Filtratauslässen e und e¹ versehen, damit es als Modul bzw. Baustein 100 verwendet werden kann. Unter c und c sind Endkammern angegeben.

Die Beschickungsflüssigkeit (Blut) wird dem Element durch den Einlaß d zugeführt, es wird durch die Vielzahl von parallelen Kammern 4,4, ... und 4',4', ... geleitet und aus dem Auslaß d¹ herausgeleitet. Zu dieser Zeit gelangen Wasser und nicht notwendige lösliche Stoffe in der Beschickungsflüssigkeit durch die Membran 2 zur Filtration und. sodann durch den FiI-tratdurchgang und fließen aus den Auslässen e und e¹ heraus.

Da der Beschickungsflüssigkeitsdurchgang eine große Anzahl von gleichförmigen parallelen Kanälen umfaßt, können eine Hämolyse, eine Blutgerinnung und ähnliche Erscheinungen verhindert werden, welche durch Verwendung eines DistanzStücks, beispielsweise eines netzförmigen AbstandsStücks, das den glatten Fluß des Blutes hemmen könnte, entstehen würden. Obwohl das Distanzstück so gestaltet ist, daß es parallele Kanäle mit gleichförmiger Höhe hat, ist es schwierig, eine perfekte Gleichförmigkeit zu gewährleisten, was auf Variationen zurückzuführen ist, die bei den tatsächlichen Herstellungsbedingungen für den Modul bzw. Baustein vorliegen. Jedoch halten die Schlitze 10, 10' und 10", die in dem gewellten Distanzstück 3 gebildet sind, die parallelen Kanäle in Verbindung selbst dann, wenn die Kanäle keinen gleichförmigen Querschnitt haben. Sie gestatten es daher, daß aufgeteilte Ströme der Beschickungsflüssigkeit sich vereinigen, und sie vermindern die Fläche, wo die semipermeable Membran nicht richtig arbeiten kann, so daß eine verbesserte Gesamtfiltrationsleistung gewährleistet wird.

Weitere geeignete Materialien für die semipermeable» Membranen sind synthetische hochmolekulare Materialien, wie Cellulose-

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acetatbutyrat, Acrylnitrilcopolymere, Polyamide, Polyimide, Polysulfone und ähnliche Typen. Auch entsprechende Werkstoffe, die erst entwickelt werden, sind hierzu geeignet. Materialien, die für die Filtration oder Dialyse geeignet sind, werden für den Gebrauch ausgewählt. Geeignete Unterlagematerialien bzw. Stützmaterialien sind Acetatflächengebilde und gewebte oder nichtgewebte Flächengebilde aus einem Gemisch aus Acetat- und Polyäthylenterephthalatfasem. Auch ein Fädennetzwerk aus einem solchen Material ist geeignet. Das Unterlage- bzw. Stützmaterial hat eine Dicke von etwa 50 bis etwa 300 nm,

Beispiele für geeignete Materialien für das Distanzstück sind Cellulosederivate, wie Celluloseacetat, -acetatbutyrat und -acetatpropionat, sowie andere synthetische hochmolekulare Materialien, wie zum Beispiel Polyvinylchlorid, Polyäthylen, Polypropylen, Polyäthylenterephthalat, Polysulfon, Polyphenylenoxid, Polycarbonate, Polymethylmethacrylate, Polystyrol und fluorhaltige Harze. Wenn Materialien ausgewählt werden, die mit der semipermeablen Membran verklebt werden können» dann kann das Distanzstück leichter an seinen gegenüberliegenden Kanten bzw. Rändern mit der Membran verbunden werden. Somit können die Membran und das Distanzstück miteinander mit einem Klebstoff verbunden werden, obwohl hierfür ein Heißsiegeln bevorzugt wird.

Das Distanzstück in gewellter oder in einer anderen geeigneten Form kann vorzugsweise unter Anwendung einer Heißpresse oder Heißwalze hergestellt werden oder dadurch, daß Monofilamente eng parallel auf einer Ebene angeordnet werden und daß die Filamente unter Anwendung von Hitze oder in einem Lösungsmitteldampf miteinander verbunden werden. Gemäß einer weiteren alternativen Möglichkeit kann das Distanzstück durch Extrudieren zu der gewünschten Form verformt werden.

Geeignete Materialien für die Füllfolie bzw. das Füllblatt sind Metallfolien, beispielsweise aus Edelstahl, Filme aus

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Kunstharzen, wie sie beispielhaft für das Distanzstück angegeben wurden, und gewebte oder nichtgewebte Flächengebilde oder Netzwerke, wie sie beispielhaft für das Unterlage- bzw. Unterstützungsmaterial angegeben wurden.

Die Füllfolie bzw. das Füllblatt oder die Füllplatte kann in Form eines kleinen Luftkissens vorliegen, das aus einem Blatt oder einer Haut bzw. Folie aus Synthesekautschuk hergestellt worden ist und das im Innern ein Inertgas enthält. Auch eine Schwammfolie bzw. eine Schwammplatte ist geeignet. Ein Kunststoffnetzwerk ist ein weiteres geeignetes Beispiel für ein elastisches Material. Das gewünschte Material sollte unter voller Berücksichtigung des Umstände ausgewählt werden, daß ein glatter Fluß der Beschickungsflüssigkeit durch den Innendurchgang gewährleistet werden soll. Zur Verwendung in künstlichen Nieren vom Dialysatortyp wird vorzugsweise ein Netzwerk verwendet, das eine derartige Maschengröße haben sollte (beispielsweise ungefähr nicht größer als die Dicke der Membran) , daß die Membran mindestens an ihrer Seite des Beschikkungsflüssigkeitsdurchgangs eben bzw. planar gehalten werden kann, da die Dialysierungsflüssigkeit durch den Außendurchgang in der mehrfachen Menge der Beschickungsflüssigkeit, welche durch den Innendurchgang hindurchgeht, hindurchgeleitet wird.

(2) AusfUhrungsform vom Vielfach-Flachrohr-Typ

Die Fig. 6 und 7(B) zeigen einen Stapel 21 von vielen flachen, röhrenförmigen semipermeablen Membranelementen. Diese Elemente haben die gleiche Konstruktion wie die Bestandteilseinheit 1, die im Abschnitt (1) unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 und 4' beschrieben wurden, mit der Ausnahme des Distanzstücks. Obwohl die DistanzstUcke 23,23, ... dieser Ausführungsform gewellt und hinsichtlich der Abmessungen, des Materials und der anderen Spezifikationen genau gleich sind wie das Distanzstück 3» haben sie keine Schlitze.

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Die Membranelemente sind zu dem Stapel 21 aufeinandergelegt, wobei eine Füllfolie 27 aus einer Edelstahlfolie zwischen den angrenzenden Elementen vorhanden ist. Der Stapel 21 ist in dem Körper b" eines Gehäuses enthalten und daran mit Klebschichten a" befestigt, wodurch ein Modul bzw. Baustein 120 erhalten wird. Dieser Modul 120 ist als künstliche Niere sehr gut geeignet.

Die Fig. 5 und 7 (A) zeigen ein herkömmliches Beispiel einer Vorrichtung vom Vielfach-Flachrohr-Typ.*Die flachen rohrförmigen semipermeablen Membranen 12 enthalten darin keine Distanz stücke.

Die Fig. 10 zeigt einen speziellen Prozeß zur Herstellung des Moduls 120. Ein Halter h, der mit einem O-Ring ο versehen ist und der einen Beutel f aufweist, welcher eine spezielle Menge Klebstoff g enthält, ist am unteren Ende des Körpers b angeordnet, wobei ein Plunger bzw. Druckstempel i unter dem Beutel angeordnet ist (Fig. 10, Abschnitt (A)).

Es ist zweckmäßig, daß der Halter h, der Beutel f und der Körper b" transparent sind. Während eine Klinke m in die Kerben j des Halters h auf dem Plunger i eingreift, wird der Körper b" gesenkt, um die Klinke m in die Kerben k eingreifen zu lassen (Fig. 10, Abschnitt (B)).

Alternativ kann das gleiche Ergebnis wie oben beschrieben erzielt werden, wenn man den den Klebstoff enthaltenden Beutel f an das untere Ende des Körpers b" anfügt und den Beutel von unten in der Fig. 10 nach oben drückt. In jedem Falle kann der Klebstoff durch Anwendung von Druck aufgebracht werden.

Nach dem Härten des Klebstoffs g wird der Stapel 21 an einer Stelle geringfügig unterhalb der Ebene D-D in Fig. 10 geschnitten, und das Schnittende wird zur Fertigstellung weiter zu der

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Ebene geschnitten. Gewünschtenfalls wird die fertiggestellte Seite mit einer heißen Platte kontaktiert oder Flammen oder einem Lösungsmitteldampf ausgesetzt, um Unregelmäßigkeiten von den Kanten bzw. Rändern der Membranen, insbesondere von den Unterlagen bzw. Unterstützungen, zu entfernen. Alternativ kann der zu schneidende Teil zuvor durch Verschmelzen vereinigt werden.

Endkammern c" und Düsen d^M und e" sind bei dem so behandelten Stapel 21 an jedem Ende davon vorgesehen, wodurch ein Modul bzw. Baustein 120 erhalten wird, der die richtigen Innendurchgänge 24 hat (Fig. 7, Abschnitt (B)).

(3) Ausführungsform vom Falttyp

Bei der in Fig. 8 gezeigten Ausführungsform hat eine gefaltete flache semipermeable Membran 31 Distanzstücke 33»33» ···» die zwischen die Faltungen in innigem Kontakt mit einer Seite der Membran, die der Beschickungsflüssigkeit ausgesetzt ist, zwischengelegt sind. Die Membran wird von einem Filtratdurchgangselement 38 umgeben, und sie ist fest in dem Körper b"¹ eines Gehäuses befestigt, wodurch ein Modul 130 erhalten wird. Das Distanzstück 33 hat einen flachen Teil und viele winkelförmige Vorsprünge mit der gleichen Höhe, die mit dem flachen Teil einteilig sind und die symmetrisch auf den oberen und unteren Oberflächen des flachen Teils angeordnet sind, wobei die Vorsprünge parallel in gleichem Abstand angeordnet sind. Fig. 9 zeigt den Modul 130 in einer Explosionsansicht.

(4) Ausführungsform vom druckbeständigen Plattentyp

Die Fig. 11 und 12 zeigen ein semipermeables Membranelement vom druckbeständigen Plattentyp 41, das zwei semipermeable Membranen 42 und 47 und ein Distanzstück 43 enthält. Letzteres ist zwischen die gegenüberliegenden Seiten der Membranen, die der Beschickungsflüssigkeit ausgesetzt werden sollen, gelegt.

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Unter a^IM _ta^Mt, ... sind Klebschichten angegeben. Das Distanzstück 43 liegt in Form einer Kunstharzplatte bzw. -folie vor, welcher einer eng parallelen Anordnung von vielen miteinander verbundenen Monofilamenten ähnelt.

Das Element 41 der Ubereinandergelegten Membranen ist zwischen die Körper b"" und b"ⁿ gelegt, welche miteinander durch eine geeignete Einrichtung η befestigt sind.

(5) AusfUhrungsform vom spiralförmig gewickelten Typ

Die Fig. 13 bis 18 zeigen ein semipermeables Element 51 vom spiralförmig gewickelten Typ, das klingenartige Bestandteilseinheiten hat, welche sich von einem Mittelstab erstrecken und die darum herum gewickelt sind, wie es in den Fig. 13 und 15 dargestellt ist. Jede Einheit enthält eine flache semipermeable Membran 52, die in zwei gefaltet ist, und ein Distanzstück 53» das zwischen gegenüberliegenden Seiten gehalten wird, wodurch ein Beschickungsflüssigkeitsdurchgang definiert wird.

Die Konstruktion des Elements 51 wird nachstehend genauer unter Bezugnahme auf die Fig. 13 bis 17 beschrieben, welche ein Verfahren zur Herstellung dieses Elements zeigen. Die Figur 14 zeigt fünf Distanzstücke 53» die radial um einen Dorn t herum gewickelt sind, und gefaltete Membranteile 52, die schichtenweise mit den Distanzstücken 53 in innigem Kontakt damit angeordnet sind. Die gegenüberliegenden Ränder bzw. Einfassungen der gefalteten Membranteile 52 sind an den Längsenden des Elements 51 miteinander verbunden.

Obwohl die Distanzstücke 53 zum besseren Verständnis eben dargestellt sind, ist es naturgemäß auch möglich, gekrümmte Distanzstücke zu verwenden, welche ungefähr in Übereinstimmung mit der Gestalt geformt sind, zu der die Membranteile 52, wie unten beschrieben, gewickelt worden sind und die mit den

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Rändern bzw. Einfassungen der Teile 52 gleichfalls in gekrümmter Form verbunden sind.

Die Membranteile 52 werden sodann, wie in Fig. 15 gezeigt, aufgewickelt, und sie werden gewünsentenfalls wie mit einem Gewinde befestigt, wodurch eine Windung 51r erhalten wird, die sodann in ein Zentrifugalgehäuse u gebracht wird, wie es in Fig. 16 gezeigt ist. Eine Kappe u.. ist an dem Gehäuse in der gezeigten Weise befestigt.

Danach wird ein Klebstoff, zum Beispiel eine entschäumte Polyurethanzusammensetzung, in das Gehäuse durch eine Düse w eingespritzt, während das Gehäuse u in Richtung des Pfeiles Up mit einer Geschwindigkeit rotiert, daß die Windung bzw. Wicklung 51r der gewünschten Zentrifugalkraft unterworfen wird. Die Rotation wird weitergeführt, bis der Klebstoff ausgehärtet ist und aus dem Gehäuse entfernbar geworden ist.

Die Windung bzw. Wicklung 51r wird sodann von dem Gehäuse entfernt, wobei eine gehärtete Klebstoffschicht a^v entlang ihrer äußeren Peripherie gebildet worden ist. Die Klebstoffschicht a^v wird sodann über einen Abschnitt Ζ~, der in Fig.17 gezeigt ist, geschnitten oder abgeschliffen, um einen Teil der Schicht und mindestens die äußeren Umfangsenden der Membranteile 52,52, ... (siehe Fig. 14) zu entfernen und hierdurch die Innendurchgänge 54,54, ... der Membranteile an ihren äußeren Umfangsenden zu öffnen.

Die restlichen Teile Z^ und Z_A der Klebschicht a^v trennen äußere Durchgänge von den inneren Durchgängen 54 an der Außenperipherie. Die äußeren Durchgänge sind zwischen den äußeren Seiten der Membranteile 54, nämlich zwischen den Bestandteilseinheiten, gebildet. Die Breite der restlichen Teile Z. und Z,. ist nahezug gleich der Breite der verbundenen Membranränder bzw. -einfassungen an den Längsenden des Elements 51.

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Wenn der Dorn t von der Wicklung bzw. Windung 51r entfernt wird, dann erstrecken sich die inneren Durchgänge 54,54, ... von der resultierenden Mittelbohrung zu der Außenperipherie bzw. dem Außenumfang der Wicklung bzw. Windung über den Abschnitt Zq. Alle inneren Durchgänge 54,54, ... müssen über dem Abschnitt Z_Q offen sein.

Danach wird ein Stab S in die Mittelbohrung vom rechten Ende der Windung bzw. Wicklung 51r in der Fig. 18 eingesetzt, und die Wicklung bzw. Windung wird axial davon mittels eines O-Ringes und von Muttern unter Verwendung eines Klebstoffs befestigt.

Auf diese Weise wird das Element 51 zu einem Modul bzw. Baustein 150 zusammengestellt.

(6) Distanzstück

(a) Das Distanzstück ist so gestaltet, daß es in innigem Kontakt mit der semipermeablen Membran über derjenigen Seite der Membran, die der Beschickungsflüssigkeit ausgesetzt ist, gehalten wird. Das Distanzstück ist mindestens über seine Kontaktoberfläche wellenartig bzw. wellenförmig, so daß eine Vielzahl von parallelen Kanälen zwischen dem Distanzstück und der Membran gebildet wird. Die parallelen Kanäle haben eine maximale lichte Weite von 35 bis 500 um, vorzugsweise 50 bis 200 um, mehr bevorzugt 50 bis 100 um und eine Breite von 0,6 bis 10 mm.

Zweckmäßige Distanzstücke sind solche in Form von gewellten Filmen. Obwohl in den Abschnitten (1) bis (5) bereits andere Beispiele beschrieben worden sind, sind weitere bevorzugte Distanzstücke auch in den Fig. 19 bis 24 und 40 dargestellt, wie nachstehend näher beschrieben.

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(b) Die Vielzahl der parallelen Kanäle, die zwischen dem Distanzstück und der Seite der semipermeablen Membran gebildet sind und die einen Beschickungsflüssigkeitsdurchgang definieren, sind so gestaltet, daß sie miteinander durch verbindende Teile, vorzugsweise mindestens an Stellen, die-nahe an dem Beschickungsflüssigkeitseinlaß und -auslaß liegen, miteinander verbunden sind. An anderen Stellen sind solche Verbindungsteile in geeigneter Weise, beispielsweise im Abstand von 10 bis 100 mm, angeordnet. Der Verbindungsteil muß nicht immer so beschaffen sein, daß die Ströme, die durch die Vielzahl der parallelen Kanäle fließen, sich miteinander über die kombinierte Breite der Kanäle zu einer Zeit vereinigen. Jedoch erstreckt sich vorzugsweise der verbindende Teil quer zu den parallelen Kanälen und im rechten Winkel dazu.

Um eine solche Verbindung zu gestatten, sind Schlitze, Öffnungen oder Rillen in dem Distanzstück gebildet. Die Schlitze oder Öffnungen ermöglichen es, daß die Beschicküngsflüssigkeit auf einer Seite des Distanzstücks fließt, um sich mit der Flüssigkeit auf der anderen Seite zu vereinigen, während es die Rillen oder Aussparungen gestatten, daß sich Beschickungsflüssigkeitsströme miteinander nur auf einer Seite, auf der sie gebildet worden sind, verbinden. Je nach dem Material oder der Gestalt des Distanzstücks hat das Distanzstück nicht die genügende Starrheit. In diesem Falle sollte der Schlitz nicht über praktisch die gesamte Breite des Distanzstücks gebildet sein. Eine Vielzahl von relativ kurzen Querschlitzen wird sodann in einer oder zwei Reihen gebildet, oder es kann eine große Anzahl von Öffnungen gleichermaßen in einer oder zwei Reihen gebildet werden.

(c) Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Beispiele für geeignete DistanzstUcke beschrieben.

Das in Fig. 19 dargestellte Distanzstück 103 enthält eine gewellte Basis, die Stege bzw. Grate mit einem Spitzenwinkel

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von 60° und Furchen mit gekrümmtem Querschnitt aufweist, um parallele Kanäle 104 zu erhalten. Wenn h.. 300 um ist, dann haben die parallelen Kanäle 104 eine maximale lichte Weite von etwa 150 um. Mit 105 sind die Punkte angegeben, wo das Distanzstück die Membran berührt.

Das Distanzstück 203 gemäß Fig. 20 ähnelt einer kontinuierlichen Reihe von Kreuzzeichen (+) im Querschnitt. Wenn h~ yum ist, dann ergibt das Distanzstück eine maximale lichte Weite von etwa 50 um .

Das Distanzstück 303 der Fig. 21 kann dadurch hergestellt werden, daß Monofilamente unter Erhitzen vereinigt werden. Wenn h, 100iim ist, dann ergibt das Distanzstück eine maximale lichte Weite von etwa 40 um . Der Nachteil ist, daß die Kanäle 304 verengte Teile nahe den Kontaktpunkten 305 zwischen dem Distanzstück und der flachen Membran 2 enthalten.

Das Distanzstück 403 der Fig. 22 ist aus einer Edelstahlfolie geformt. Wenn h^ etwa 150 um beträgt, dann ergibt das Distanzstück eine maximale lichte Weite von etwa 100um. Dieses Abstandsstück hat den gleichen Nachteil wie das Abstandsstück 303 in der Nähe der Kontaktpunkte 405.

Bei dem Distanzstück 503 der Fig. 23, einer Art Modifikation des Distanzstücks 203 der Fig. 20, wurden guten Ergebnisse bei Versuchen erhalten, wenn p> 20 ho. Die maximale lichte Weite ho ist 50 bis 200um, vorzugsweise etwa 100um.

Die Fig. 24 zeigt ein Distanzstück 603 ohne seitliche Verbindungsteile. Der Abstand Q zwischen solchen Distanzstücken 603 oder zwischen dem Distanzstück 603 und dem Seitenende des Beschickungsflüssigkeitsdurchgangs (Innendurchgang) sollte größer als 20 ho sein. Die maximale lichte Weite ho ist gleich wie im Falle des DistanzStücks 503. Das Distanzstück 603 kann an mindestens eine der gegenüberliegenden Membranoberflächen angeklebt sein.

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Nachstehend werden spezielle Beispiele von Verbindungsteilen beschrieben, die in den Distanzstücken gebildet worden sind. Die Distanzstücke, die in den Figuren 27 bis 39 gezeigt sind, sind noch nicht in der Gestalt für den Gebrauch sondern vielmehr in der Form, wie sie vor dem Einarbeiten in die Moduls bzw. Bausteine vorliegen.

In Fig. 26 ist ein semipermeables Membranelement 701 vor dem Einarbeiten in einen Modul gezeigt. Das Element 701 enthält eine flache, röhrenförmige semipermeable Membran 702 und ein Distanzstück 703. Eine Vielzahl von solchen Elementen 701,701, ... ist aufeinander angebracht, und der Stapel wird sodann in ein Gehäuse mit einem hohlen rechteckigen bis quadratischen Querschnitt eingebracht, das dazu imstande ist, den Stapel in Richtung seiner Breite zu begrenzen. Das Gehäuse hat eine Länge, die dem in Fig. 25 gezeigten Abschnitt 1 entspricht. Die aufeinandergestapelten Elemente werden sodann, beispielsweise mit Polyurethan, an den in Fig. 25 gezeigten Abschnitten a,a verklebt, wodurch Trennschichten gebildet werden. Die Abschnitte c,c werden abgeschnitten, um Beschickungsflüssigkeitseinlaß- und -auslaßöffnungen zu bilden, die beispielsweise eng Seite an Seite angeordnet sind. Auf diese Weise kann ein Modul bzw. Baustein hergestellt werden.

Das DistanzstUck 703 ist gewellt, um eine große Anzahl von parallelen Kanälen zwischen dem Distanzsstück und der Membran 702 zu bilden, und es ist mit länglichen Schlitzen 710, 710' und 710ⁿ ausgebildet, die sich im rechten Winkel zu den Wellungen erstrecken und die als Verbindungsteile wirken. Die Schlitze haben eine Länge von Ik mm, eine Breite h von 2 mm und einen Abstand b von 85 mm. Das Distanzstück hat eine Materialdicke von 80 um, eine Breite von 78 mm, eine Länge von 214 mm, eine Ganghöhe bzw. Steigung der Wellungen von 0,9 mm und eine Höhe der Wellungen bzw. Wellen von 70 um.

Die Fig. 27 und 28 zeigen modifizierte Anordnungen von Schlitzen.

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Die Fig. 29 und 30 zeigen Distanzstücke mit vielen Öffnungen, die im gleichen Abstand voneinander angeordnet sind und die anstelle der oben beschriebenen Schlitze als Verbindungsteile wirken.

Die öffnungen haben einen Durchmesser von etwa 4 mm und eine Ganghöhe bzw. Steigung von 7 mm.

Die Fig. 31 bis 33 zeigen Distanzstücke mit flachen Teilen, die als Verbindungsteile anstelle der Schlitze oder Öffnungen wirken und die durch zusammenfallende Stege bzw. Kämme der Distanzstücke auf eine durchschnittliche Höhe durch Anwendung von Wärme und Druck und anschließendes Abkühlen gebildet worden sind.

Die Fig. 34 bis 39 zeigen Distanzstücke, die Schlitze oder Öffnungen mit verschiedenen Gestalten in verschiedenen Anordnungen haben.

Fig. 4O(A) zeigt ein Distanzstück mit einer Vielzahl von parallelen Kanälen, die in den gleichen Zickzacklinien liegen.

Fig. 40(B) zeigt ein Distanzstück mit einer Vielzahl von Kanälen, die abwechselnd in symmetrischen Zickzacklinien

liegen.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Unter Verwendung von Blut einer Kuh (von einer geschlachteten Kuh gesammelt) und von lebenden Hunden wurden Versuche durchgeführt, um den herkömmlichen Modul 110, der in den Fig. 5 und 7 (A) gezeigt wird, den Modul 120, der in den Fig. 6 und 7 (B) gezeigt wird, und einen weiteren bekannten Modul vom Hohlfasertyp, "Toryfiltrizer B-1", zu testen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

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Tabelle I

ο co O O co

-J

	Modul	Wirksame Membran fläche <m2)	UFG⁺* (ml/min)	Hund ex vibo	Test durch Hemastic ⁺⁺⁺ (Hund ex vibo)	Blutgerin nung (Hund ex vibo)	Zunahme der Hämolyse (Hund ex vibo)
Beispiel 1 Vergleichs beispiel 1 Vergleichs beispiel 2	Modul 120 Modul 110 Hohlfaser- typ	0,45⁺ 0,64 1,15		87 42 70	0 bis + 0 bis + 0 bis +	keine keine keine	keine keine keine
110 60 42

⁺ Berechnet in der Annahme, daß 30 % der tatsächlichen Fläche der Membran aufgrund der Anwesenheit des DistanzStücks nicht arbeiteten.

⁺⁺ Ultrafiltrationsgeschwindigkeit

+++ Reagensstreifen für okkultes Blut im Urin (positiv (+) beim Vorliegen von mehreren ppm Hämoglobin)

(N)

O O cn

CO

Das Blut wurde durch jeden Modul mit einer Geschwindigkeit Qg von 200 ml/min geleitet. Der Blutdruck am Beschickungsflüssigkeitseinlaß betrug etwa 250 mm Hg beim Beispiel 1 und beim Vergleichsbeispiel 1 und etwa 500 mm Hg beim·Vergleichsbeispiel 2. Der Druckverlust AP im Inneren des Moduls betrug etwa 100 bis etwa 150 mm Hg beim Beispiel 1 und beim Vergleichsbeispiel 1 und etwa 50 mm Hg beim Vergleichsbeispiel

Der Modul 120, der für das Beispiel 1 verwendet wurde, enthielt Distanzstücke 23, die dem Distanzstück 403 der Fig. 22 ähnelten, jedoch eine kleinere Dicke und schärfere Wellungen hatten. Die Distanzstücke 23 waren aus einem Polyamid hergestellt, und sie hatten eine Höhe h von 240 um und eine maximale lichte Weite von etwa i60um. Der Modul, der für das Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde, hatte in der Abmessung

ho 200 um (vgl. Fig. 5).

Selbst im Falle von Blut einer geschlachteten Kuh, das gegenüber einer Zersetzung empfindlich war, wurde eine Zunahme der Hämolyse kaum beobachtet. Der erfindungsgemäße Modul ergab erheblich verbesserte ÜFG-Werte im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen, wobei keine Hämolyse erfolgte, wie es bei ,Vergleichsvorrichtungen der Fall war.

Der angegebene UFG-Wert ist der Mittelwert von Messungen, die über einen Zeitraum von etwa 500 Minuten erhalten worden waren·

Insbesondere im Falle des Beispiels 1 wurde festgestellt, daß die UFG-Messungen über den Meßzeitraum praktisch konstant waren. . . : ' ■ '

Beispiel 2 ·

Zwei Moduls wurden zum Vergleich getestet. Jeder hatte eine flache, rohrförmige semipermeable Membran mit einer Breite von 44 mm und einer Länge von 200 mm und ein in die Membran

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eingesetztes Distanzstück mit einer Breite von 2 mm und einer Länge von 74 mm. Die Blutkanäle hatten eine maximale lichte Weite von IQjxssl . Das Distanzstück von einem der Moduls hatte drei Schlitze, nämlich zwei in einem Abstand von 1,5 ei von den Seitenenden und einen in der Mitte. Das Distanzstück des anderen Moduls hatte Schlitze oder Öffnungen in der gleichen Anordnung,wie in Fig. 37 gezeigt.

Das Blut der Kuh wurde durch die Moduls mit einer Geschwindigkeit von 3f5 ml/min bei einem Einlaßdruck von 400 bis 500 mm Hg geleitet. Bie erhältiche Filtrationsgeschwindigkeit war 1,7 ml/min für den Modul bei dem Distanzstück des erstgenannten Typs und 1,8 ml/min bei dem anderen Modul. Somit wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten. Der HSmatocritwert des Kuhbluts wurde mit einer Kochsalzlösung auf 25 % eingestellt.

Beispiel 3

Zwei Moduls zum Vergleich getestet. Jeder Modul hatte eine flache, rohrformige semipermeable Membran mit einer Breite von 44 mm und einer Länge von 200 mm sowie ein in die Membran eingesetztes gewelltes Distanzstück mit einer Breite von-2 mm und einer Länge von 74 mm. Die Blutkanale hatten .eine maximale lichte ¥eite von 70 um . Das JDistanzstück von .einem der Moduls hatte drei Schlitze, nämlich zwei in einem Abstand von 1 j 5 ^cm von den Seitenenden und einen in der Mitte. Bas Distanzstück des anderen Jfloduls hatte Schlitze oder Öffnungen in der gleichen Anordnung., wie in Pig. 37 gezeigt.

Bas -Blui: -der Xuh -wurde durch die Moduls -mit einer Geschwindigkeit von 3*5 JtfL/min bei einem ISinlaßdruck von 400 bis 5OO wm Hg geleitet» Die erhaltene rFiltrationsgeschwindigkeit war -for-die beiden obigen Moduls^,S-ml/mln. BerUämatocritwert -des Kuhbluts wurde mit einer -XöchSalzlo&ung ^iuf 26 % eingestellte

Efide der Beschreibung,

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Semipermeables Membranelement des Typs, der eine flache semipermeable Membran enthält, dadurch gekennzeichnet , daß es ein Distanzstück in innigem Kontakt mit der aktiven Seite der Membran, die einer Beschickungsflüssigkeit ausgesetzt werden soll, enthält, wobei das Distanzstück wellenförmig ist, um zwischen der Membran und dem Distanzstück eine Vielzahl von parallelen Kanälen mit einer maximalen lichten Weite von 35 bis 500 Mikron zu bilden.

2. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es zur Hämofiltration verwendet wird.

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3. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß es zur Hämodialyse verwendet wird.

4. Seinipermeables Membran el em ent nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die semipermeable Membran eine Unterlage bzw. Unterstützung hat und in Form eines flachen Rohres vorliegt, welches außen mit der Unterlage bzw. Unterstützung bedeckt ist.

5. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Distanzstück aus einem Kunststoffilm mit einer Dicke von 20 bis 200 Mikron besteht und daß es eine Steigung bzw. Ganghöhe der Wellen von etwa 0,6 bis etwa 10 mm und eine Höhe der Wellen von etwa 35 bis etwa 500 Mikron hat.

6. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Distanzstück verbindende Teile hat, damit zwischen den parallelen Kanälen eine Verbindung besteht.

7. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindenden Teile des Distanzstücks mindestens in der Nachbarschaft eines Einlasses und eines Auslasses für die Beschickungsflüssigkeit angeordnet sind.

8. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der verbindende Teil des Distanzstücks ein Schlitz ist, der sich in Querrichtung des Distanzstücks erstreckt.

9. Semipermeables Membranelement nach Anspruch 5_f dadurch gekennzeichnet , daß der verbindende Teil eine Vielzahl von Öffnungen, die in Querrichtung des Distanzstücks ausgerichtet sind, ist.

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10. Semipermeables Membraneleraent nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet , daß die maximale lichte Weite 50 bis 200 Mikron ist.

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