Массообменное устройство Советский патент 1986 года по МПК A61M1/16 

2.Устройство no п. 1, отличающееся тем, что на пластинах вы- олнены одинаковые выемки, прилегающие . выступам и образующие с ними участки аереме.ивания, причем максимальная глубина выемок превышает в. 3-5 раз расстояние между смежными пластинами на плоских участках.

3.Устройство по пп. I и 2. отличающееся тем, что выемки расположены по обеим сторонам выступов и попарно образуют с каждым выступом участок перемешивания, при этом каждая выемка выполнена по всей IUH- риие пластины и имеет в поперечном сечении треугольную форму с расширением по ходу потока с углом наклона 20-45°, выступы имеют в поперечном сечении прямоугольпую форму, в них выполнены прорези с закруг- .ченными вертикальными гранями, причем прорези в соседних выступах размещены одна напротив другой и имеют высоту, равную расстоянию между смежными пластинами на плоских участках, и ширину, превышающую это расстояние в 10-20 раз, расстояние между соседними выступами превыщает в 50-100 раз, а щирина выступов не более чем в 2-5 раз расстояние между соседними пластинами на плоских участ ках.

4.Устройство по пп. 1-3, отличающееся тем, что прорези каждого выступа смещены относительно прорезей соседнего выступа на половину расстояния между прорезями в выступе.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в аппа- искусственного кровообращения и диализа крови.

Цель изобретения - повыи ение эффек- тивности массообмена путем увеличения степени перемешивания крови и обменной среды без повышения травмы крови.

На фиг. 1 представлено массообменное устройство, общий вид в сборе; на фиг. 2 -- то же, в разъеме; на фиг. 3 - полупроницаемая пластина с выемками, расположенными по обеим сторонам выступов и понарно образующими с каждым выступом участок переменгивания; на фиг. 4 -- разрез А-А на фиг. 3 (вместе с прилегающей плоской стороной смежной пластиной); на фиг. 5 - полупроницаемая пластина с выступами, выполненными в виде тел, имеющих в сечении параллельном плоскости пластины, -образную форму; на фиг. 6 - фрагмент поверхности пластины, изображенной на фиг. 5,

5. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что выступы выполнены в виде тел, имеющих 3 сечении, параллельном плоскости пластины, -образную форму с закруглен- ны.ми кромками, приче.м выступы расположены параллельными ряда.мн с зазором между выступами, плоские участки размещены .между рядами, каждая выемка расположена между стойками соседних выступов и противоположными полками соседних , расстояние между стойками соседни.х выступов и величина зазора между выступами превыи1ают соответственно в 10-50 раз и в 2--5 раз расстояние между смежными пластинами на плоских участках, при этом число плоских участков на пластине составляет .

fi. Устройство по п. 1, отвечающееся тем, что выступы выполнены в виде тел, имеющих форму параллелепипедов с закругленными вер 1 икалЬ( ребрами и обращенных широкой стороной к потоку на пластине, причем выступы расположены параллельными рядами, плоские участки пластин размещены между участками пере.мен ивания, каждый из которых образован не менее чем двумя рядами выступов, при этом длина каждого выступа в 2-3 раза превышает расстояние между выступами в соседних рядах участка перем ещивания, расстояние между соседними В1 1ступами в ряду в 5-10 раз превып1ает их высоту, а выступы каждого ряда сдвинуты относительно выступов соседнего ряда участка перемешивания на половину длины ВЫСТУПОВ.

вид сверху; на фиг. 7 ---- полупроницаемая пластина с выступами, выполненными в виде тел, имеющих форму параллелепипеда с за- кругленньгми вертикальны.ми ребра.ми; на фиг. 8 - фрагмент поверхности пластины, изображенпой на фиг. вид ceepxv.

Массообменное устройство содержит набор полупроницаемых пластин i с одг нако- выми выступами 2 на одной стороне пластины расположенными перпендикулярно направлению потоков и контактирующими со смеж- ны.ми пластинами, коллекторные системы ;-1ля крови и обменной среды, включающие 1птуцера 3 и 4 для ввода и вывода крови соответственно, штуцера 5 и 6 для ввода и вывода обменной среды соответственно, соосные отверстия 7 в пластинах, пазы 8 клиновидной формы в пластинах, приспособления для герметизации в виде крьинек 9, зажргмающих набор полупроницаемых пластин 1, стяжек 10 и периферийных участков 11 герметизации пя пластинах 1. Пластины

в наборе расположены так, что направления потоков на смежных пластинах перпендикулярны (фиг. 2). Выступы 2 на пластинах 1 разделены плоскими участками 12.

На пластинах (фиг. 3 и 5) выполнены одинаковые выемки 13, прилегающие к выступам 2 и образующие с ним участок перемешивания. Максимальная глубина Н выемок 13 превышает в три-пять раз расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках 12. Меньшая глубина Н выемок 13 приводит к малоэффективному для перемешивания плавному переходу крови или обменной среды через них, большая - к появлению застойных зон и увеличению первичного объема заполнения устройства без какого-либо улучшения перемешивания.

На пластинах (фиг. 3 и 4) выемки 13 расположены по обеим сторонам выступов 2 и попарно образуют с кажды.м из выступов 2 участок перемешивания. Каждая выемка 13 выполнена по всей ширине пластины 1 и имеет в поперечном сечении треугольную форму с расширением по ходу потока. Угол а наклона выемок составляет 20-45°. При меньших углах снижается интенсивность перемешивания, при больших образуются застойные зоны, способствующие тромбообра- зованию на дне выемок 13. Выступы 2 имеют в поперечном сечении прямоугольную форму, в них выполнены прорези 14 с закругленными вертикальными гранями. По прорезям осуществляется движение потока на пластине 1. Прорези 14 могут быть размещены одна напротив другой. Прорези 14 каждого выступа 2 могут быть также смещены относительно прорезей соседнего выступа на половину расстояния между прорезями в выступе. Последний вариант взаимного расположения прорезей 14 создает преимущество для перемешивания потока. Высота прорезей 14 равна расстоянию h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках 12, а ширина С прорезей превышает это расстояние в раз. При меньшей ширине прорезей недопустимо возрастает гидравлическое сопротивление устройства, при большей ухудшаются условия перемешивания. Ширина а выступов 2 не более чем в два-пять раз превышает расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках 12, что обеспечивает достаточную жесткость набора пластин. При увеличении ширины а выступов 2 возрастает гидравлическое сопротивление устройства свыше допустимых величин. По этой же причине расстояние b между соседними выступами 2 в 50-100 раз превышает расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках 12. При более чем в 100 раз не обеспечивается интенсивное перемешивание потока на пластине.

На пластинах (фиг. 5 и 6) выступы 2 выполнены в виде тел, имеющих в сечении, параллельном плоскости пластины 1, -образную форму с закругленными кромками и образованных каждое стойкой 15 и двумя полками 16. Выступы 2 расположены на поверхности пластины 1 параллельными ряда- ми с зазором I между выступами. Между рядами выступов 2 расположены плоские участки 12. Каждая из прилегающих к выступам 2 выемок 13 расположена между стойками 15 соседних выступов и противоположными полками 16 соседних выступов.

0 Расстояние а между стойками 15 соседних выступов 2 и величина зазора между выступами превышают соответственно в 10- 50 раз и в два-пять раз расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках. При менее чем в 10 раз и

менее чем в два раза недопустимо возрастает гидравлическое сопротивление устройства. При более чем в 50 раз и более чем в пять раз не обеспечивается эффективное перемещивание крови. Число

Q плоских участков 12 на пластине 1 составляет 5-10. Меньшее количество участков 12 не обеспечивает достаточного перемешивания, а увеличение числа участков свыще 10 не приводит к заметному повышению эффективности массообмена, но вызывает не5 желательный рост гидравлического сопротивления.

На пластинах (фиг. 7 и 8) выступы 2 выполнены в виде тел, имеющих форму параллелепипеда с закругленными вертикальными ребрами и обращенных широкой сто0 роной к потоку на пластине 1. Выступы 2 расположены на поверхности пластины 1 параллельными рядами. Плоские участки 12 пластин 1 размещены между участками пере- мещивания, каждый из которых образован не менее чем двумя рядами выступов 2.

5 Длина f каждого выступа в два-три раза превышает расстояние k между выступами в соседних рядах участка перемешивания. Расстояние J между соседними выступами в ряду в 5-10 раз превышает их высоту h.

Q Выступы каждого ряда сдвинуты относительно выступов соседнего ряда участка перемешивания на половину длины f выступов. Такая совокупность размеров выступов и их взаимного расположения на участке перемешивания обеспечивает возникновение вто5 ричных потоков (фиг. 8). Превышение длины f выступов над расстоянием k между выступами в соседних рядах участка перемешивания в два-три раза необходимо для создания препятствия для потока крови после прохода его через зазор между выступами

одного ряда. При менее чем в пять раз резко возрастает гидравлическое сопротивление устройства, а при более чем в 10 раз возможно возникновение сквозных прямолинейных потоков через участок перемешивания.

5 Массообменное устройство работает следующим образом.

Кровь через штуцер 3 подается в соосные отверстия 7 и клиновидные пазы 8, распределяется по каналам на поверхности пластины 1, образованным выступами 2, проходит последовательно по каналам участков перемешивания и плоским участкам 12 на пластине 1, собирается в клиновидных пазах на противоположных сторонах пластин и выводится через соосные отверстия и штуцер 4.

Обменная среда выводится через штуцер 5, проходит по аналогичным коллекторным системам, участкам перемешивания и плоским участкам пластин, смежных с пластинами для крови, и выводится через штуцер 6. При движении потоков по пластинам происходит переход через пластину кокио- нентов из крови в обменную среду или наоборот.

Предлагаемое устройство выполнено с полупроницаемыми пластинами из пористого фторопласта с суммарной площадью обменной поверхности 0,5 м и испытано s экспе риментах на животных при подключении его в систему искусственного кровообращения в качестве оксигенатора.

Пластины (фиг. 3 и 4) имеют толщину 0,5 мм и следующие размеры: h 0,13 мм; Н 0,4 мм; ,0--2,3 мм; Ь 8 мм. На поверхности пластины выполнено 10 плоских участков. Первичный объем заполнения кровью 65 мл, сопротивление потоку крови не выше 6,5 кПа/л. При расходе крови в I л/мин на выходе устройства рО9 14 - 16 кПа, рСО2 3,9-4,3 кПа. Гемолиз крови за 12 ч работы не превышает 6-10 мг% (Б известном устройстве 20%). Съем кислорода с 1 м обменной поверхности более чем в два раза превышает этот параметр известного устройства при одинаковой скорости кровотока 1,0 л/мин.

Пластины {фкг. 5 и 6) имеют толщину 1,0 мм и следующие размеры: h 0,25 мм; 1-1 0,6 мм; d 2,5 мм; ,5 мм. На повер: ности пластин выполнено по восемь рядов выступов. Расход крови, при котором устройство обеспечивает достаточное насыщение венозной крови кислородом {рОо не .ленее 13,3 кПа), составляет 1,5 л/мин. Расход кислорода а этом случае 3-4 л/мин.

Предлагае.мое устройство позволяет получить высокую эффективность оксигенации кр015и на единицу плош,ади обменной поверхности, которая 3 свою очередь позволяет в условиях проведенных испытаний создавать поток крови из расчета 3 л/мин на 1 м осл1е;чной поверхности, что свидетельствует о сущест1зенном повышении эффективности Maccoij6ivieMc; по сзавнению с известным устройством. Сьем кислорода в предлагаемом устройстве с ПсМащадью обменной поверх- костк 0,5 м состс.вляет 85 мл/мин при скорости кровотока L5 л/мин. Гемолиз крови за 5 ч работы ие превышает 6--9 мг%.

Пластины (фиг. 7 и 8) имеют толщину Мг, и следующие размеры: h : 0,25 мм, f 25 :;л. k 10 мм, S 2 мм. На поверх- иостк пластин выполнено 10 участков перемешивания по два ряда выступов .з каждом участке. При расходе крови 1 -1,5 л/мин парциальное давление кислорода на выходе хрОЕН из устройства не менее 13,3 кПа. 13 известном устройстве уровенго рОг :-- i3,3 кПа достигается тол:ь: о при потоках крови 0,6--0,7 л/нкн.

Предлагаемое устройство, таким образом, обеспечивает оксигенацию в 1,5--2 раза

, i

фиг. 2

/4

сриг.З

16 -

1В

фиг. 5

фиг. 6

/-™™. и/

-

фиг S