Массообменное устройство

 

Использование: изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для проведения массообменных процессов. Сущность изобретения: массообменное устройство содержит чередующиеся камеры крови и обменной среды, состоящие из параллельно соединенных пакетов, включающих полупроницаемые мембраны и опорные элементы. В массообменное устройство введено устройство сравнения давлений в камерах крови и обменной среды, причем, канал подвода крови соединен с первым входом устройства сравнения, канал подвода обменной среды соединен со вторым входом устройства сравнения, а выход устройства сравнения соединен со входами камер обменной среды. 10 ил.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для внелегочной оксигенации или диализа крови человека и животных.

Известно массообменное устройство, содержащее чередующиеся камеры для крови и обменной среды, состоящие из параллельно соединенных пакетов, включающих полупроницаемые мембраны, сетки и опорные элементы с соосными равными вводными и выводными отверстиями, две крышки со штуцерами ввода и вывода крови и обменной среды и средство герметизации, а также приспособление для стяжки и нажимной элемент. Каждая камера содержит три элемента, заключенных между полупроницаемыми мембранами, средство герметизации в виде эластичного обрамления.

Недостатком данного массообменного устройства является сложность конструкции опорного элемента, состоящего из трех отдельных деталей, и наличие эластичного обрамления для герметизации, что существенно повышает трудоемкость изготовления. Кроме того, при повышении давления в камерах обменной среды до величины, превышающей давление в камерах крови, возможно запирание камер крови. Это приводит к снижению эффективности устройства и к повышению травмы форменных элементов крови.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диализатор, содержащий опорные пластины с расположенными по периметру уплотняющими фланцами, выемками между отверстиями, расположенными на концах, коллекторами в виде систем симметрично расположенных относительно оси пластины каналов и каналами подвода и отвода жидкости к сквозным отверстиям. Особенностью диализатора является то, что коллекторы имеют V-образную форму.

Недостатком данного устройства является сложность опорного элемента, содержащего сеть каналов для прохода жидкости, а также то, что при повышении давления в камерах обменной среды до давления, превышающего давление в камерах крови, возможно перекрытие (частичное или полное) камер крови, что снижает эффективность работы устройства и повышает травму форменных элементов крови.

Цель изобретения повышение надежности и эффективности работы.

Поставленная цель достигается тем, что в массообменное устройство, содержащее чередующиеся камеры крови и обменной среды, состоящие из параллельно соединенных пакетов, включающих полупроницаемые мембраны и опорные элементы с расположенными по периметру уплотняющими фланцами, сквозными отверстиями на двух противоположных сторонах, выемками между отверстиями, коллекторами, выполненными в виде каналов и каналами подвода и отвода к сквозным отверстиям, а также стяжной элемент, введено устройство сравнения давлений в камерах крови и обменной среды, причем, канал подвода крови соединен с первым входом устройства сравнения, а канал подвода обменной среды соединен со вторым входом устройства сравнения, а выход устройства сравнения соединен со входами камер обменной среды.

Сравнение известного устройства с предлагаемым показывает, что в нем имеются новые узлы и новые связи.

Новый узел-устройство сравнения давлений в камерах крови и обменной среды.

Новые связи вход крови соединен с первым входом устройства сравнения, вход обменной среды соединен со вторым входом устройства сравнения, выход устройства сравнения соединен со входом камер обменной среды.

Наличие устройства сравнения позволяет поддерживать заданное соотношение между давлениями в камерах крови и обменной среды, что предотвращает запирание камеры крови (в случае превышения давления в камере обменной среды над давлением в камере крови). При запирании камеры крови эффективность массообмена резко падает и может вообще прекратиться. Кроме того, запирание камер крови приводит к резкому уменьшению проходных сечений камер, что вызывает повышение входного давления и, как следствие, к повышению травмы крови.

Таким образом, введение в массообменное устройство устройства сравнения позволяет повысить надежность и эффективность его работы, а также снизить травму крови.

На фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе по А-А на фиг. 2; на фиг. 2 то же, вид сверху; на фиг. 3 узел 1 на фиг. 1; на фиг. 4 то же, вариант выполнения; на фиг. 5 опорный элемент, вид сверху; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 8 вид Г на фиг. 6; на фиг. 9 разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг. 10 узел II на фиг. 1.

Массообменное устройство состоит из верхней 1 и нижней 2 крышек, соединенных стяжным устройством 3. Между крышками расположен пакет 4, состоящий из опорных элементов 5, разделенных полупроницаемыми мембранами 6. Пакет уложен между верхней 7 и нижней 8 прокладками. В верхней прокладке 7 выполнены штуцеры 8 подвода и 9 отвода крови, а также штуцер 10 отвода обменной среды (кислорода или диализата). В нижней крышке 2 соосно с отверстием в штуцере 8 размещено устройство сравнения с клапаном. Устройство сравнения (фиг. 3) состоит из сравнивающей мембраны 11 и устройства, задающего сдвиг. Последнее выполнено в виде пружины 12. Устройство сравнения реализует зависимость P_к P_о+T_пр/F, где P_к давление в камерах крови; P_o давление в камерах обменной среды; F эффективная площадь мембраны; T_пр усилие пружины. Устройство сравнения может быть выполнено в виде сдвоенной мембраны 13 (фиг. 4). Надмембранная полость мембраны с меньшей площадью соединена с отверстием 14 штуцера 8. При этом реализуется зависимость P_к P_oF/f, где f эффективная площадь меньшей мембраны. Так как F>f, то давление в камере крови будет всегда больше давления в камерах обменной среды на величину P = P_o(F/f-1). Мембрана жестко соединена с толкателем 15, воздействующим на клапан 16. Клапан соединяет подмембранную полость с отверстием 17 в штуцере 18 подвода обменной среды. Подмембранная полость устройства сравнения каналами 19 и 20 соединяется с отверстием 21 в пакете 4, откуда обменная среда попадает в камеру обменной среды и далее в отверстие 22 выходного штуцера 10.

Пакет 4 представляет собой конструкцию из чередующихся камер крови и обменной среды. Камеры образуются опорными элементами 5, разделенными полупроницаемыми мембранами 6. Опорный элемент 5 (фиг. 5) выполнен в виде пластины, по периферии которой расположен уплотняющий фланец 23 с уплотняющим выступом 24 (одним, как показано на фигуре, или несколькими). Центральная часть 25 элемента имеет меньшую толщину. Впадины 26, после сборки в пакет 4, образуют полукамеры течения крови и обменной среды. На противоположных сторонах опорного элемента выполнены 4 отверстия, два из которых 27 и 28 служат для подвода крови (или обменной среды) во впадины 26, а два других 29 и 30 для их пропуска в следующие полукамеры. На верхнем торце отверстия 29 и 30 имеют кольцевые уплотняющие выступы 31 и 32. Отверстия 27 и 28 имеют такие же уплотняющие выступы 33 и 34 на нижнем торце. Отверстия 27 и 28 соединены с полостями 26 радиальными каналами 35, выполненными на верхнем торце. Сквозными окнами 36 верхняя и нижняя впадины 26 соединены между собой. Центральная часть впадины 26 выступом 37 разделена на две части.

Опорные элементы 5 в пакете 4 уложены с разворотом на 180^o так, что в камерах крови отверстия 27 и 28 совмещены с отверстиями в крышках 8 и 9, а в камерах обменной среды отверстия 27 и 28 совмещены с отверстиями 21 и 22.

Массообменное устройство работает следующим образом.

В устройство кровь поступает через входной штуцер 8 по отверстию 14 и далее через радиальные каналы 35 и окна 36 во впадины 26. Движение среды в полостях показано на фиг. 5 стрелками 38. После прохода всей зоны массообмена кровь попадает в выходное отверстие 28 опорного элемента и далее в штуцер 9.

Обменная среда (кислород или диализат) подаются через отверстие штуцера 18 к клапану 16. Кровь по каналу 14 подается также в надмембранную полость сравнивающего устройства. Если статическое давление крови P_к > P_oF/f (или P_к > P_o+T_пр/F), то мембрана 11 прогибаясь, через толкатель 15 воздействует на клапан 16 и смещает его вниз. При этом обменная среда через каналы 19 и 20 попадает в отверстия 28, образующие канал 21, и далее в камеры обменной среды. После прохода камер обмена среда попадает в отверстие 22 на выход.

Таким образом, поступление обменной среды начинается с момента, когда в камерах крови давление устанавливается равным заданному. Давление в камерах обменной среды всегда будет на заданную величину P ниже давления в камерах крови. Это предотвращает явление сжатия камер крови и, тем самым, их перекрытие и повышение давления крови на входе массообменного устройства, что способствует также снижению травмы крови.

Формула изобретения

Массообменное устройство, содержащее чередующиеся камеры крови и обменной среды, состоящие из параллельно соединенных пакетов, включающих полупроницаемые мембраны и опорные элементы с расположенными по периметру уплотняющими фланцами, сквозными отверстиями на двух противоположных сторонах, выемками между отверстиями, коллекторами, выполненными в виде каналов, и каналами подвода и отвода к сквозным отверстиям, а также стяжной элемент, отличающееся тем, что в него введено устройство сравнения давлений в камерах крови и обменной среды, причем канал подвода крови соединен с первым входом устройства сравнения, канал подвода обменной среды соединен с вторым входом устройства сравнения, а выход устройства сравнения соединен с входами камер обменной среды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10