Массообменное устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„. SU„„1228866 (51) 4 A 61 М 1 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,:: ..

Мненно саейу

Aped именная

Apo8b

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3476175/28-13; 3476158/28-13;

3476160/28-13 (22) 23.07.82 (46) 07.05.86. Бюл. № 17 (71) Ленинградский государственный ордена Ленина институт усовершенствования врачей им. С. М. Кирова и Всесоюзный научно-исследовательский институт синтетических смол (72) В. В. Петраш, Е. П. Максимов, А. Р. Осьмак, С. А. Симбирцев, Н. А. Беляков, В. К. Беляков, А. И. Бон, В. Г. Карачевцев, В. М. Сидоренко, Л. Г. Косицкая, С. А. Кроль, Б. С. Бобров и Ю. С. Горбунов (53) 615.475 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1107871, кл. А 61 М 1/03, 1982.

Авторское свидетельство СССР № 613758, кл. А 61 М 1/03, 1976. (54) (57) 1. МАССООБМЕННОЕ УСТРОЙСТВО, содержашее набор полупроницаемых пластин с одинаковыми выступами на одной стороне, образуюшими каналы для крови и обменной среды, коллекторные системы для крови и обменной среды и приспособления для герметизации, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности массообмена путем увеличения степени перемешивания крови и обменной среды без повышения травмы крови, выступы на пластинах расположены перпендикулярно направлению потоков и разделены плоскими участками, при этом выступы контактируют со смежными пластинами.

1228800

2. Устройство lio и. 1, отличающееся тем, что на пластинах вы "олнены одинаковые выемки, прилегающие ., выступ.- и обр3зующие с ними участк,i Ifepe eff:ивания, причем максимальная глубина выемок превышает в 3 — 5 ра" расстояние между смежными

:1ластинами на плоских участках.

3. Устройство по пп. 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 шиpnlfc пластины и имеет в поперечном сечеHHH треугольную форму с расширением по ходу потока с углом наклона 20 — 45, выступы имеloT в поперечном сечении прямоугольную форму, в них»ыполнены прорези с закру"ленными 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 превышает в 50 — 100 раз, а ширина выступов не более чем в 2 — 5 раз расстояние между соседними пластинами на плоских участках.

4. Устройство по пп. 1--3, отличающееся тем, что прорези каждого выступа смеп1ены относительно прорезей соседнего выступа на половину расстояния между прорезями в выступе.

Изобретение относится к медицинской

-ехнике и может быть использовано в аппа.1»тах искусственного кровообращения и диализа крови.

Цель изобретения — повышение эффективности массообмена путем увеличения степени перемешивания крови и обменной среды без повышения травмы крови.

На фиг. 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 попарно образующими с каждым выступом участок перемешивания; 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

napaллельном плоскости пластины, -образную форму; на фиг. 6 — фрагмент поверхности пластины, изображенной на фиг. 5, !

>. Устройство по пп, и 2, отличающееся тем, что выступы выполнены в виде тел, имеющих:3 сечении, параллельном плоскости

;1ластипы, у-образную форму с закруглен. ными кромками, причем выступы расположеHhl параллельными рядами с зазором между выступами, плоские участки размещены между рядами, каждая выемка расположена между стОЙками соседних Вь!сту»013 и пpoтивоположными полками соседних BI>ic снов, расстояние ме кду стойками сосед:1и. »ыступов и величина зазора между выступами превышают соответственно в 10 — 50 раз и в 2--5 раз расстояние между смежными пластинами на плоских участках, г1ри этом число плоских участков на пластине составл яет 5---10.

6. Устройство по п. 1, от.1ача1ощееся тем, что выступы выполнены в виде тел, имеощих форму napaллелепипедов с закругленными вертикал1п1ыми ребрами и обращеннь,х широкой стороно" к потоку на пластине, причем выстуnf l pacin).aîæåíû параллельными рядами, плоские участки пластин размещены между у .3стками перемешивания, каждый гз которых образован не менее чем двумя ряда vlH»ыступов, при этом дли113 каждого выс1упа 11 2- 3 раза превышает расстояние мел.ду выступами в соседних рядах участка пер1.ме пи»анин, расстояние между соседними 1зыступами в ряду в 5 — !О раз превышает их выс11ту, а выступы каждого ряда сдвинхты относительно выступов соседнего ряда участка перемешивания на половину длины выступов.

11ид сверху; на фиг. 7 --- полупроницаемая

11ластина с выступами, выполненными в виде тел, имеющих форму параллелепипеда с 1акру1ленными вертикальными ребрами; на

5 фиг. 8 — — фрагмент поверхности пластины. изображенной на фиг. г, вид сверху.

Массообменное устройство содержит набор полупроницаемых пластин с o:.»паковымa выступами 2 на одной стороне пл; »тины

) расположеннымп перпендикулярно и;1правленик1 потоков и контактирук)щими со с межными пластинами, коллекторные . »стемы ,1ля крови и обменной среды, »клкгчаю1цие штуцера 3 и 4 для ввода и вывода крови соответственно, штуцера 5 и 6 для ввода вывода обменной среды соответственно, соосные отверстия 7 в пластинах, пазы 8 клиновидной формь. в пластинах, приспособления для гc pì»òèaaöHH» виде крышек 9, зажимающих набор 1ц1лупроницае 1ых пластин 1, стяжек 10 и периферийных 1частков 11 гермсти.-lailèè на пластинах 1. .Г!ластины

1228866 в наборе расположены так, что направления потоков на смежных пластинах перпендикулярны (фпг. 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 каждым 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 тромбообразованию 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 10 — 20 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 Ь между соседними выступами 2 в 50 — 100 раз превышает расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках 12. При b)h 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,,:об5

t0

55 разную форму с закругленными кромками и образованных каждое стойкой 15 и двумя полками 16. Выступы 2 расположены на поверхности пластины параллельными рядами с зазором 1 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.

Расстояние а между стойками 15 соседних выступов 2 и величина зазора 1 между выступами превышают соответственно в 10—

50 раз и в два — пять раз расстояние h между смежными пластинами 1 в наборе на плоских частках. При O)h менее чем в 10 раз и

)h менее чем в два раза недопустимо возрастает гидравлическое сопротивление устройства. При a)h более чем в 50 раз и Wh более чем в пять раз не обеспечивается эффективное перемешивание крови. Число плоских участков 12 на пластине 1 составляет 5 — 10. Меньшее количество участков 12 не обеспечивает достаточного перемешивания, а увеличение числа участков свыше

10 не приводит к заметному повышению эффективности массообмена, но вызывает нежелательный 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 стороной к потоку на пластине 1. Выступы 2 расположены на поверхности пластины 1 параллельными рядами. Плоские участки 12 пластин 1 размещены между участками перемешивания, каждый из которых образован не менее чем двумя рядами выступов 2.

Длина f каждого выступа в два — три раза превышает расстояние k между выступами в соседних рядах участка перемешивания.

Расстояние между соседними выступами в ряду в 5 — 10 раз превышает их высоту h.

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 вторичных потоков (фиг. 8). Превышение длины выступов над расстоянием k между выступами в соседних рядах участка перемешивания в два †т раза необходимо для создания препятствия для потока крови после прохода его через зазор между выступами одного ряда. При f)h менее чем в пять раз резко возрастает гидравлическое сопротивление устройства, а при 4)h более чем в 10 раз возможно возникновение сквозных прямолинейных потоков через участок перемешивания.

Массообменное устройство работает следующим образом.

Кровь через штуцер 3 подается в соосные отверстия 7 и клиновидные пазы 8, распреде1228866 й1« ".",.,2,« г - 1 ляется по каналам на поверхности пластины 1, образованным выступами 2, проходит последовательно по к-;; перемешивания и плоским участкам 12 на пластине 1. собирается в клиновидных пазах на противоположных сторонах пластин и выводится через соосные отверстия и шту цер 4.

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

Предлагаемое устройство выполненс с полупроницаемыми пластинами из пористого фторопласта с суммарной площадью обменной поверхности 0,5 м и испытано в экспе г риментах на животных при подключении его

2 в систему искусственного кровообра щения в качестве оксигенатора.

Пластины (фиг. 3 и 4) имеют толщину

0,5 мм и следующие размеры: h = 0,13 мм;

Н=0,4 мм„==2,0 — 2,3 мм; Ь=8 м

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 ! л/мин на выходе устройства рО == 14

16 кПа, рСО2 = 3,9 — 4,3 кПа. Гемолиз крови за 12 ч работы не превышает 6 — 10 мгЯ (в известном устройстве 20 ) Съем кислорода с 1 м- обменной поверхности более чем B два раза превыша T 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; « = — 0,6 мм:, d = — 2,5 мм; f,= — 0,5 мм. На поверхности и IBcTHH вь|полнено Ilo восемь рядов выступов. Расход крови, при котором устройство обеспечивает достаточное насыщение венозной крови кислородом (рО не

;iенее 13,3 кЛа) «составляет 1,5 л/мин. Рас:од кислорода в этом случае 3 -4 л/мин.

::.1редчагаемое устройство позволяет по-.и гь высоку;О эффективность оксигенации

«ро;vi HB единицу площади обменной поверх«ости« которая в свою очередь позволяет з условиях проведенных испытаний созда ::;:..ь поток крови из расчета 3 л/мин на 1 м осме- ной поверхности« что свидетельствует о суll! е "твенном повышении эффективности массообмена по сэавнснию с известным уст)1с«« н(;и (ье ;:,:; ljo; О1«о ч а « !1 1«« ", ««агае««1ом

« ус" ройстве:: и. О,цадь.:о обменной г:оверх,—:Ост» u, I - сост.- вляст 85 .лл/мин при скоОсти«KpoIIo«! Ока 1,5 л /!IIHH. ). емолиз крОви за 6 ч работы»е превышает 6 — 9 мг",2 .

Пластины (фиг. (и 8) име:от толщину —, " след,«1ощи: размсры: 11 = — 0,25 мм, == .:. -" ::,:, к =- 11..! мм., = 2 мм. На поверхности 1ласги:1 выполнено 10 2«1астков переМЕШИВ аки я По дяа ряда ВЫСту IIOB В K3>K3OVi .астке. При расходе крови 1- — 1,5 л/мин

: арциальное даиле .-1ие кислорода на выходе кров1 из ктройства не менее 13,3 кПа. и известно:.,1 ус; ройстве уровень рО, =

-= 3«3 KIIa достигается только:lpll потоках к1нэвн 0 6. 0 7 л/ »;ив

Лредлагаемое устройство, таким оо->азам, сб..спечивае1 оксигенацию»«1,5- -2 раз» бол ь!лего Il0 I Ока . ров и, чсм известное, при той ."е Обмсч1ной поверхности и величине

: см«ол1 а, и йоль ней, че.«1 в извес:-ном vcT1

>Ойств1 .

,22686

17

11 !

1228866

1б

glitz. 7

gt щж 8

Редактор О. Бугир

Заказ 2209/4

Составитель О. Кабанов

Техред И. Веоес Корректор М. Самборская

Тираж 660 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж вЂ” -35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП кПатент», г Ужгород, ул. Проектная, 4