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DD231988A5 - HEAT EXCHANGER AND BLOOD OXYGEN DEVICE THEREFORE PROVIDED - Google Patents

HEAT EXCHANGER AND BLOOD OXYGEN DEVICE THEREFORE PROVIDED Download PDF

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Publication number
DD231988A5
DD231988A5 DD85273489A DD27348985A DD231988A5 DD 231988 A5 DD231988 A5 DD 231988A5 DD 85273489 A DD85273489 A DD 85273489A DD 27348985 A DD27348985 A DD 27348985A DD 231988 A5 DD231988 A5 DD 231988A5
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
blood
heat exchange
hollow fibers
gas
heat exchanger
Prior art date
Application number
DD85273489A
Other languages
German (de)
Inventor
Teshio Yoshihara
Eiichi Hamada
Atushi Nakashima
Jun Kamo
Original Assignee
������@���������@��Kk���Kk��
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Filing date
Publication date
Application filed by ������@���������@��Kk���Kk�� filed Critical ������@���������@��Kk���Kk��
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Waermeaustauscher unter Verwendung von Hohlfasern (1, 15, 39) aus organischen Polymeren als Waermeuebertragungsrohre, sowie eine Blutoxygenator-Vorrichtung aus einem Blutoxygenator, der mit dem vorerwaehnten Waermeaustauscher verbunden ist. Die Erfindung betrifft einen kleinen und leichten Blutoxygenator aus einem Blutoxygenator vom Hohlfasermembrantyp mit dem vorerwaehnten Waermeaustauscher, der unter Ausbildung einer integralen Einheit darin eingebaut ist, wobei der Blutoxygenator ein ausgezeichntes Gasaustausch- und Waermeuebertragungsverhalten aufweist. Fig. 1The invention relates to a heat exchanger using hollow fibers (1, 15, 39) of organic polymers as heat transfer tubes, and a Blutoxygenator device from a Blutoxygenator, which is connected to the vorerwaehnten heat exchanger. The present invention relates to a small and light blood oxygenator of a hollow fiber membrane type blood oxygenator having the pre-expanded heat exchanger incorporated therein to form an integral unit, the blood oxygenator having excellent gas exchange and heat transfer performance. Fig. 1

Description

Wärmeaustauscher und Blutoxygenator-Vorrichtung, die damit versehen ist Heat exchanger and blood oxygenator device provided therewith

ANWENDUNGSGEBIET DER ERFINDUNG:FIELD OF THE INVENTION:

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher, bei dem Hohlfasern aus einem organischen Polymer als Wärmeaustauschrohre verwendet werden, die in der Lage sind, wirksam verschiedene Flüssigkeiten, einschliesslich solcher Flüssigkeiten, wie Wasser oderThe invention relates to a heat exchanger in which hollow fibers of an organic polymer are used as heat exchange tubes which are capable of effectively different liquids, including liquids such as water or

Blut, und Gase, wie Luft, Sauerstoff oder Stickstoff, zu erwärmen oder zu kühlen. Die Erfindung betrifft auch eine Blutoxygenator-Vorrichtung, die mit einem solchen Wärmeaustauscher ausgerüstet ist. 10Blood, and gases, such as air, oxygen or nitrogen, to heat or cool. The invention also relates to a blood oxygenator apparatus equipped with such a heat exchanger. 10

CHARAKTERISTIK DER BEKANNTEN TECHNISCHEN LÖSUNG:CHARACTERISTICS OF THE KNOWN TECHNICAL SOLUTION:

Zahlreiche Arten von Wärmeaustauschern sind bekannt, um Fluide von einer hohen Temperatur auf eine niedrigere Temperatur zu bringen. Die meisten WärmeaustauscherNumerous types of heat exchangers are known for bringing fluids from a high temperature to a lower temperature. Most heat exchangers

haben einen Vielrohr-Aufbau. Als Material für die Wärmeaustauschröhren in Wärmeaustauschern vom Vielrohrtyp sind insbesondere Metalle mit einer guten Wärmeleitfähigkeit geeignet. Unter anderem sind Rohre aus rostfreiem Stahl schon häufig hierfür verwendet worden, weil sie sehr beständig sind gegenüber Korrosion, durch die beim Wärmeaustausch ver- wendeten Flüssigkeiten. Eine wirksame Methode zum Einbringen von Röhren aus rostfreiem Stahl in einen Wärmeaustauscher besteht darin, dass man diese mit einem organischen Harz befestigt, aber der grosse Härteunterschied zwischen den Röhren aus rostfreiem Stahl und dem Vergiessmaterial macht es schwierig, die Endoberflachen der vergossenen Teile-gut zu verarbeiten. Das heisst, dass die Enden der Röhren freiliegende scharfe Kanten aufweisen, die dazu neigen, bei der Behandlung von Teilchen, wie Blutzellen enthaltenden Fluiden, diese Teilchen zu zerstören.'Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, wird derzeit die Verwendung von rostfreien Rohren, deren Enden mit weichem Material bedeckt sind, untersucht, aber bisher sind keine wesentlichen Verbesserungen erzielt worden.have a multi-tube construction. As the material for the heat exchange tubes in heat exchangers of the multi-tube type, in particular, metals having a good heat conductivity are suitable. Among other things, stainless steel pipes have been used frequently because they are very resistant to corrosion by the fluids used in the heat exchange. An effective way of introducing stainless steel tubing into a heat exchanger is to mount it with an organic resin, but the large difference in hardness between the stainless steel tubing and the potting material makes it difficult to properly fit the final surfaces of the potted parts to process. That is, the ends of the tubes have exposed sharp edges which tend to destroy these particles in the treatment of particles such as fluids containing blood cells. To avoid this difficulty, the use of stainless tubes, the ends thereof, is currently underway covered with soft material, studied, but so far no significant improvements have been achieved.

Wärmeaustauscher verwendet man als Mittel, um bei verschiedenen Flüssigkeiten einen Wärmeaustausch herbeizuführen. Verwendet man beispielsweise einen Blutoxygenator, um eine Operation am Herzen durchzuführen, so wird im allgemeinen ein Wärmeaustauscher an den Blut-Gas-Austauschkreislauf, einschliessend den Blutoxygenator, angeschlossen, weil die NotwendigkeitHeat exchangers are used as a means to cause heat exchange in different liquids. For example, using a blood oxygenator to perform surgery on the heart, a heat exchanger is generally connected to the blood-gas exchange circuit, including the blood oxygenator, because of the need

besteht, die Körpertemperatur des Patienten zu Beginn der Operation auf ein niedriges Niveau einzustellen und es auch notwendig ist, die Temperatur des Blutes, bei dem ein Gasaustausch mittels des Blutoxygenators vorgenommen wurde, auf die Körpertemperatur des Patienten einzustellen, bevor es dem Körper des Patienten wieder zugeführt wird. Ausserdem kann auch die Notwendigkeit bestehen, die niedrigere Körpertemperatur des Patienten wieder auf das normale Niveau nach der Operation einzustellen.It is necessary to set the body temperature of the patient at the beginning of the operation to a low level and it is also necessary to adjust the temperature of the blood, in which a gas exchange was made by means of the blood oxygenator, to the body temperature of the patient before it returns to the patient's body is supplied. There may also be a need to restore the patient's lower body temperature to normal after surgery.

In Krankenhäusern wird dieser Blut-Gas-Austauschkreislauf im allgemeinen so angeordnet, dass man den Blutoxygenator mit einem getrennten Wärmeaustauscher, ζ.B. -Kreislaufrohren, verbindet. Eine solche Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Anordnung des Blut-Gas-Austauschkreislaufs für den Anwender mühsam ist und das Risiko besteht, den Kreislauf falsch anzuschliessen, und dass man zusätzlichen Raum für den Kreislauf benötigt. Da der Blutoxygenator und der Wärmeaustauscher zwei getrennte Verweilstellen für das Blut darstellen und die Notwendigkeit besteht, zu deren Verbindung Kreislaufrohre zu verwenden, ist das zunächst anfallende Blutvolumen, das in der ersten Phase der Operation dem Kreislauf zugeführt wird, ausserordentlich gross und die verschiedenen Kreislaufkomponenten müssen getrennt entgast werden. Dadurch ist eine solche Anordnung auch im Hinblick auf die Gesamtoperation sehr kompliziert.In hospitals, this blood-gas exchange circuit is generally arranged by exposing the blood oxygenator to a separate heat exchanger, ζ.B. Circulation pipes, connects. However, such an arrangement has the disadvantage that the arrangement of the blood-gas exchange circuit is cumbersome for the user and there is the risk of incorrectly connecting the circuit and that additional space is required for the circuit. Since the blood oxygenator and the heat exchanger are two separate residence points for the blood and there is a need to use circuit tubes to connect them, the initially accumulating blood volume which is circulated in the first phase of surgery is extremely large and must have the various circulatory components be degassed separately. As a result, such an arrangement is also very complicated with regard to the overall operation.

Als Mittel, diese Nachteile zu vermeiden, hat manAs a means to avoid these disadvantages, one has

bereits Blutoxygenator-Vorrichtungen verwendet aus einem Blutoxygenator, der mit einem Wärmeaustauscher integral verbunden ist (siehe beispielsweise japanische Patentveröffentlichung 29*82/1980 und JP-OS 39854/1982). Bei diesen Blutoxygenator-Vorrichtungen ist jedoch der Wärmeübertragungsteil im Wärmeaustauschabschnitt aus Metall, wie rostfreiem Stahl, mit einer guten Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Im Falle von Röhren aus rostfreiem Stahl tritt nun die zusätzliche Schwierigkeit auf, dass während der Verarbeitung der Rohrenden Abfallstückchen in den Röhren verbleiben und das Blut verunreinigen und dass rostfreier Stahl auch mit einigen Komponenten des Blutes mit einer komplizierteren Zusammensetzung zu reagieren vermag. Es besteht deshalb weiterhin ein ständiger Bedarf nach Wärmeaustauschern, bei denen diese Schwierigkeiten nicht eintreten.already uses blood oxygenator devices from a Blutoxygenator, which is integrally connected to a heat exchanger (see, for example, Japanese Patent Publication 29 * 82/1980 and JP-OS 39854/1982). In these blood oxygenator devices, however, the heat transfer member in the heat exchange portion is formed of metal such as stainless steel having a good thermal conductivity. In the case of stainless steel tubes, there is now the added difficulty that during processing of the tube ends, debris remains in the tubes and contaminates the blood, and that stainless steel is also able to react with some components of the blood having a more complicated composition. There is therefore a continuing need for heat exchangers that do not experience these difficulties.

Weiterhin hat man auch schon eine Reihe von Blut-0 oxygenatoren unter Verwendung von Hohlfasermembranen vorgeschlagen, z.B. in den US-PSen 2 972 349, 3 794 468, 4 239 729 und 4 374 802.Furthermore, a number of blood oxygenators have been proposed using hollow fiber membranes, e.g. in U.S. Patents 2,972,349, 3,794,468, 4,239,729 and 4,374,802.

Bei diesen Blutoxygenatoren werden Hohlfasern aus einer homogenen Membran eines gasdurchlässigen Materials, wie Silicium oder Hohlfasern aus einer mikroporösen Membran eines hydrophoben Polymermaterials, wie Polyolefinen, verwendet, um das Blut in Kontakt mit Gas durch das Medium der Hohlfasermembran zu bringen und dadurch den Gasaustausch zu bewerkstelligen. Es gibt zwei Arten von Blutoxygenatoren: den Innen-In these blood oxygenators, hollow fibers of a homogeneous membrane of a gas permeable material, such as silicon or hollow fibers of a microporous membrane of a hydrophobic polymer material, such as polyolefins, are used to bring the blood in contact with gas through the medium of the hollow fiber membrane and thereby effect the gas exchange , There are two types of blood oxygenators: the inner

perfusionstyp, bei dem das Blut durch die Bohrungen der Hohlfasern fliesst, während Gas an der Aussenseite der Hohlfasern vorbeiströmt, und den Aussenperf usionstyp, bei dem umgekehrt das Gas durch die Bohrungen in den Hohlfasern geleitet wird, während das Blut aussen an der Hohlfaser vorbeigeleitet wird.perfusion type, in which the blood flows through the holes of the hollow fibers, while gas flows past the outside of the hollow fibers, and the Außenperf usionstyp in which, conversely, the gas is passed through the holes in the hollow fibers, while the blood is passed outside the hollow fiber ,

Bei den meisten bekannten Blutoxygenatoren wird ein zylindrisches Gehäuse einfach mit einer grossen Anzahl von Hohlfasern aus semipermeablen Membranen für die Verwendung beim Gasaustausch derart gepackt, dass die Hohlfasern parallel zur Achse des zylindrischen Gehäuses ausgerichtet sind. Blutoxygenatoren mit diesem Aufbau haben jedoch eine niedrige Gasaustauschrate pro Einheitsfläche der Hohlfasermembran und zwar unabhängig davon, ob sie vom Innenperfusionstyp oder vom Aussenperfusionstyp sind. Eine verbesserte Form des Aussenperfusionstyps, gemäss US-PS 3 794 468, besteht aus einem Blutoxygenator, in welehern hohle Rohrleitungen aus einer semipermeablen Membran um einen hohlen zylindrischen Kern mit einer grossen Anzahl an Poren in der Wandung gewickelt sind und die sich in einem Gehäuse befinden, bei dem man das Blut aus der Höhlung des Kerns durch dessen Poren fliessen lässt, während man das Gas durch die Bohrungen in die hohlen Rohrleitungen strömen lässt.In most known blood oxygenators, a cylindrical housing is simply packed with a large number of hollow fibers of semipermeable membranes for use in gas exchange such that the hollow fibers are aligned parallel to the axis of the cylindrical housing. However, blood oxygenators having this structure have a low gas exchange rate per unit area of the hollow fiber membrane, whether they are of the inner perfusion type or the outer perfusion type. An improved form of the outer perfusion type, according to US Pat. No. 3,794,468, consists of a blood oxygenator, in which hollow tubings of a semipermeable membrane are wound around a hollow cylindrical core with a large number of pores in the wall and which are located in a housing in which the blood is allowed to flow from the cavity of the core through its pores, while allowing the gas to flow through the holes in the hollow pipes.

Bei Blutoxygenatoren vom Innenperfusionstyp, bei denen der Gasaustausch dadurch bewirkt wird, dass das Blut durch die Bohrungen der Hohlfasern fliesst, während Gas aussen an den Hohlfasern vorbeiströmt, trittIn internal perfusion type blood oxygenators in which the gas exchange is effected by the blood flowing through the holes of the hollow fibers while gas flows outside the hollow fibers

häufig eine Kanalbildung des Blutes ein. Da jedoch das Blut durch die Bohrungen in den Hohlfasern laminar fliesst, muss man den Innendurchmesser der Hohlfasern vermindern, um die Oxygenierungsrate (d.h. die SauerstoffÜbergangsrate pro Flächeneinheit der Membran) zu erhöhen. Zu diesem Zweck hat man hohle Röhren aus semipermeablen Membranen, mit einem Innendurchmesser in der Grössenordnung von 150 bis 300 um für die Verwendung in Blutoxygenatoren entwickelt.often a channeling of the blood. However, since the blood flows laminar through the holes in the hollow fibers, it is necessary to reduce the inner diameter of the hollow fibers to increase the rate of oxygenation (i.e., the rate of oxygen transfer per unit area of the membrane). For this purpose, hollow tubes of semipermeable membranes having an inside diameter of the order of 150 to 300 μm have been developed for use in blood oxygenators.

Solange das Blut laminar fliesst, kann man jedoch die Oxygenierungsrate durch eine Verminderung des Innendurchmessers nicht erheblich erhöhen. Ausserdem besteht dann, wenn man den Innendurchmesser kleiner gestaltet, die Gefahr, dass sich Blutpfropfen bilden (d.h. eine Blockierung der Bohrung aufgrund der Koagulation von Blut) und/oder aufgrund des erhöhten Druckverlustes durch den Oxygenator findet eine stärkere Hämolyse beim Blut statt, so dass dadurch erhebliche Probleme in der Praxis auftreten. Da darüber hinaus ein Blutoxygenator im allgemeinen Zehntausende von Hohlfasern, aus einer semipermeablen Membran, die zu einem Bündel oder zu Bündeln gepackt sind, verwendet, muss man besonders darauf achten, das Gas gleichförmig an der äusseren Oberfläche einer jeden dieser zahlreichen Hohlfasern zu verteilen. Bei einer ungleichmässigen Verteilung des Gases vermindert sich die Kphlendioxid-Desorptionsrate (d.h. die Kohlendioxid-Übergangsrate pro Einheitsfläche der Membran). Andererseits kann bei einem Blutoxygenator vom Aussenperfusionstyp, bei dem das Gas durch dieHowever, as long as the blood flows laminarly, one can not significantly increase the oxygenation rate by decreasing the inside diameter. Moreover, if the inner diameter is made smaller, the risk of blood clots forming (ie, blockage of the bore due to coagulation of blood) and / or increased pressure loss through the oxygenator will result in greater hemolysis of the blood This causes significant problems in practice. In addition, since a blood oxygenator generally employs tens of thousands of hollow fibers made of a semipermeable membrane packed into a bundle or bundles, it is especially necessary to uniformly distribute the gas on the outer surface of each of these numerous hollow fibers. With an uneven distribution of the gas, the Kphlendioxid desorptionsrate decreases (i.e., the carbon dioxide transition rate per unit area of the membrane). On the other hand, in a blood oxygenator of the external perfusion type in which the gas passes through the

Bohrungen in den Hohlfasern fliesst, während das Blut an der Aussenseite der Hohlfasern vorbeiströmt, das Gas gleichmässig verteilt werden, während man annehmen kann, dass das Blut turbulent strömt. Diese Oxygenatoren haben jedoch den Nachteil einer unbefriedigenden Oxygenierung aufgrund der Kanalbildung des Blutes und/oder der Blutkoagulation an den Stellen, an denen der Strom stagniert. Zwar hat der Blutoxygenator bei der schon erwähnten US-PS 3 794 4 in dieser Hinsicht Verbesserungen gebracht, aber es besteht nach wie vorder Nachteil, dass das erste Blutvolumen ausserordentlich gross ist und ein erheblicher Druckverlust im Oxygenator verursacht wird. Daher besteht weiterhin ein Bedürfnis nach einem verbesserten Blutoxygenator.Holes in the hollow fibers flow, while the blood flows past the outside of the hollow fibers, the gas is distributed evenly, while one can assume that the blood flows turbulent. However, these oxygenators suffer from unsatisfactory oxygenation due to channeling of the blood and / or blood coagulation at the sites where the current stagnates. Although the blood oxygenator in the aforementioned US Patent 3,794 4 has brought about improvements in this respect, there is still a drawback that the first blood volume is extremely large and causes a considerable pressure loss in the oxygenator. Therefore, there is still a need for an improved blood oxygenator.

ZIEL DER ERFINDUNG:OBJECT OF THE INVENTION:

Ziel der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher zur Verfügung zu stellen mit einer hohen Wärmeaustauscheffizienz, bei dem man ein organisches Polymer, von dem man bisher annahm, dass es für die Verwen-5 dung für Wärmeaustauschwandungen ungeeignet ist aufgrund seiner niedrigen Wärmeleitfähigkeit, als Wärmeaustauschteil in Form einer Hohlfaser verwenden kann.The object of the invention is to provide a heat exchanger having a high heat exchange efficiency, wherein an organic polymer previously thought to be unsuitable for use in heat exchange walls due to its low thermal conductivity, as a heat exchange part in Can use a hollow fiber form.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen Wärmeaustauscher zur Verfügung zu stellen, bei dem derAnother object of the invention is to provide a heat exchanger in which the

Härteunterschied zwischen dem aus einem organischen Material gebildeten Barriereteil und den Wärmeaustauschrohren klein genug ist, um eine leichte Verarbeitbarkeit der Enden des Wärmeaustauschrohres zu ermöglichen.Hardness difference between the barrier member formed of an organic material and the heat exchange tubes is small enough to allow easy workability of the ends of the heat exchange tube.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Wärmeaustauscher zur Verfügung zu stellen aus Wärmeaustauschrohren, die weder freiliegende scharfe Kanten noch Enden haben und in denen auch keine metallischen Rückstände verbleiben können, so dass ein solcher Wärmeaustauscher besonders für die Behandlung von zerbrechliche Teilchen enthaltenden Flüssigkeiten, wie Blut, geeignet ist.A further object of the invention is to provide a heat exchanger of heat exchange tubes which have neither exposed sharp edges nor ends and in which also no metallic residues can remain, so that such a heat exchanger is particularly suitable for the treatment of fragile particles containing liquids, like blood, is suitable.

Ziel der Erfindung ist es weiterhin, eine Blutoxygenator-Vorrichtung aufzuzeigen aus einer Kombination eines Blutoxygenators, bei dem Hohlfasermembranen als Gasaustauschmembran verwendet werden, und einem Wärmeaustauscher, bei dem Hohlfasern als Wärmeaustauschrohre verwendet werden.The object of the present invention is further to provide a blood oxygenator device composed of a combination of a blood oxygenator in which hollow fiber membranes are used as a gas exchange membrane and a heat exchanger using hollow fibers as heat exchange tubes.

Schliesslich ist es auch ein Ziel der Erfindung, eine Blutoxygenatorvorrichtung zu zeigen, die so aufgebaut ist, dass sie einen Blutoxygenator mit hohen Oxygenierungs- und Kohlendioxid-Desorptionsraten, bei dem wenig Stillstand oder Kanalbildungen des Blutes auftreten, mit einem kleinen und leichten Wärmeaustauscher mit grosser Wärmeaustauschleistung unter Ausbildung einer integralen Einheit kombiniert, so dass man einen kompakten, billigen und einfachenFinally, it is also an object of the invention to show a blood oxygenator apparatus constructed to provide a blood oxygenator with high oxygenation and carbon dioxide desorption rates, with little standstill or channeling of the blood, with a small and light heat exchanger having a large volume Heat exchange performance combined to form an integral unit, giving a compact, cheap and simple

Aufbau hat, bei dem während der Herstellung keine komplizierten Schritte erforderlich sind und wobei eine solche Vorrichtung auch einfach im Gebrauch ist.Structure in which no complicated steps are required during manufacture and wherein such a device is also easy to use.

DARLEGUNG DES WESENS DER ERFINDUNG:DISCLOSURE OF THE INVENTION OF THE INVENTION:

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Wärmeaustauscher zur Verfügung gestellt aus (1) einem Gehäuse, (2) einem Bündel von Hohlfasern aus einem organischen Polymer, wobei das Bündel der Hohlfasern innerhalb des Gehäuses so angeordnet und gepackt ist, dass an beiden Enden des Gehäuses ein Flüssigkeitsverschluss erfolgt, (3) einer Wärmeaustauschkammer an der Aussenseite der Hohlfasern und (4) einer Fluideinlasskammer und einer Fluidauslasskammer, die jeweils an den jeweiligen Enden des Hohlfaserbündels derart vorgesehen sind, dass sie mit den Bohrungen in den Hohlfasern kommunizieren.According to one embodiment of the invention, there is provided a heat exchanger of (1) a housing, (2) a bundle of hollow fibers of an organic polymer, wherein the bundle of hollow fibers is disposed and packed within the housing such that at both ends of the housing a liquid seal is made, (3) a heat exchange chamber on the outside of the hollow fibers, and (4) a fluid inlet chamber and a fluid outlet chamber provided respectively at the respective ends of the hollow fiber bundle so as to communicate with the bores in the hollow fibers.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein Blutoxygenator, in welchem der Wärmeaustauscher angebracht ist, gezeigt. Diese Blutoxygenator-Vorrichtung hat einen Wärmeaustauschteil zur Kontrolle der Bluttemperatur und einen Gasaustauschteil, in dem der Gasaustausch mit dem Blut erfolgt und ist dadurch gekennzeichnet, dass (1) der Wärmeaustauschteil ein Hohlfaserbündel· aus einem organischenAccording to another embodiment of the invention, a blood oxygenator in which the heat exchanger is mounted is shown. This blood oxygenator device has a heat exchange part for controlling the blood temperature and a gas exchange part in which the gas exchange with the blood takes place, and is characterized in that (1) the heat exchange part is a hollow fiber bundle made of an organic

Polymer als 'Wärmeübertragungsteil enthält, wobei das Holfaserbündel· in das Wärmeaustauschteil· so eingebracht und gepackt ist, dass an beiden Enden dieses Wärmeaustauschteils eine flüssigkeitsdichte Abdichtung vorliegt und (2) eine Fluideiniasskammer und eine Fiuidausiasskanimer an den jeweiiigen Enden des Hohifaserbündel·Ξ derart vorgesehen sind, dass sie mit den Bohrungen in den Hohifasern kommunizieren.Polymer as a heat transfer member, wherein the fiber bundle · is inserted and packed in the heat exchange member such that there is a liquid tight seal at both ends of this heat exchange member, and (2) a fluid inlet chamber and a fluid exhaust canister are provided at the respective ends of the hollow fiber bundle in that they communicate with the holes in the hollow fibers.

Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine verbesserte Blutoxygenator-Vorrichtung zur Verfügung gestell·^ bei der der Innenaufbau, aus dem verbesserten Blutoxygenator vom Hohlfasermembrantyp als Gasaustauschteil in der vorerwähnten Blutoxygenator-Vorrichtung mit dem Gasaustauschteil in Form einer integralen Einheit in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Diese Biutoxygenator-Vorrichtung umfasst (1) ein Gehäuse mit einem Bluteinlass , einem Blutauslass, einem Gaseinlass , einem Gasauslass, einem Wärmeaustauschmedium-Einl·ass und einem Wärmeaustauschmedium-Auslass und einer Kontaktkammer, wobei die Kontaktkammer sowohl Fliesskanäle für das Blut, die durch Drosselzellen verengt sind, und eine Vielzahl von Abteilungen, die durch die Blutfliesskanäle abgetrennt sind, aufweist, (2) ein erstes Bündel· oder Bündel· von Hohifasermembranen aus einer grossen Anzahl· von HoI^fasermembranen für die Verwendung beim Gasaustausch mit fixierten Enden und (3) ein zweites Bündel· oder Bündel· von Hohlfasermembranen aus einer grossen Anzahl· von Hohlfasern für die Verwendung beim Wärmeaustausch und mit fixiertenAccording to another embodiment of the invention, there is provided an improved blood oxygenator apparatus in which the internal structure of the improved hollow fiber membrane type blood oxygenator is accommodated as a gas exchange portion in the above-mentioned blood oxygenator apparatus with the gas exchange portion in the form of an integral unit in a single housing , This biotoxygenator device comprises (1) a housing having a blood inlet, a blood outlet, a gas inlet, a gas outlet, a heat exchange medium inlet, and a heat exchange medium outlet and a contact chamber, the contact chamber having both flow channels for the blood passing through orifice cells and a plurality of compartments separated by the blood flow channels, (2) a first bundle or bundles of high-abundance hollow fiber membranes of high-fiber membranes for use in fixed-end gas exchange and (3 a second bundle or bundles of hollow fiber membranes of a large number of hollow fibers for use in heat exchange and with fixed ones

Enden, wobei die ersten und die zweiten Bündel der Hohlfasermembranen in getrennten Abteilungen so verteilt sind, dass sie im wesentlichen parallel zu den Drosselstellen sind und die jeweiligen Enden · des ersten Bündels der Hohlfasermembranen mit dem Gaseinlass und dem Gasauslass und die jeweiligen Enden des zweiten Bündels der Hohlfasermembranen mit dem Wärmeaustauschmedium-Einlass und dem Wärmeaustauschmedium-Auslass kommunizieren. 10Ends, wherein the first and second bundles of the hollow fiber membranes are distributed in separate compartments so as to be substantially parallel to the throttling sites and the respective ends of the first bundle of the hollow fiber membranes with the gas inlet and the gas outlet and the respective ends of the second bundle the hollow fiber membranes communicate with the heat exchange medium inlet and the heat exchange medium outlet. 10

Fig. 1 zeigt einen schematischenFig. 1 shows a schematic

Schnitt eines Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung;Section of a heat exchanger according to the invention;

Fig. 2 und 3 zeigen schematische Schnitte einerFigs. 2 and 3 show schematic sections of a

weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers;another embodiment of the inventive heat exchanger;

Fig. 4 zeigt einen schematischen SchnittFig. 4 shows a schematic section

einer Blutoxygenator-Vorrichtung,a blood oxygenator device,

die mit einem Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung ausgerüstet ist;which is equipped with a heat exchanger according to the invention;

Fig. 5 zeigt einen teilweise planen Aus-FIG. 5 shows a partially plan view

schnitt gemäss einer anderen Auscut according to another off

führungsform einer erfindungsgemässen Blutoxygenator-Vorrichtung;guide form of a Blutoxygenator device according to the invention;

Fig. 6 zeigt einen vertikalen SchnittFig. 6 shows a vertical section

0 einer bevorzugten Ausführungsform0 of a preferred embodiment

einer Blutoxygenator-Vorrichtung,a blood oxygenator device,

in welcher ein Wärmeaustauscher gemäss der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;in which a heat exchanger according to the present invention is incorporated;

Fig. 7 zeigt einen Teilausschnitt derFig. 7 shows a partial section of

Blutoxygenator-Vorrichtun gemäss Fig. 6;Blood oxygenator device according to Fig. 6;

Fig. 8 ist eine grafische DarstellungFig. 8 is a graph

0 und zeigt die Wärmeaustauschlei0 and shows the heat exchange line

tung der erfindungsgemässen Blutoxygenator-Vorrichtung; undtion of the invention Blutoxygenator device; and

Fig. 9 ist eine grafische DarstellungFig. 9 is a graph

und zeigt die Oxydationsleistungand shows the oxidation performance

der erfindungsgemässen Blutoxygenator-Vorrichtung.the inventive blood oxygenator device.

Der Aufbau des erfindungsgemässen Wärmeaustauschers wird nun anhand der Fig. 1 näher erläutert.The structure of the inventive heat exchanger will now be explained in more detail with reference to FIG. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt wird, umfasst der Wärmeaustauscher Hohlfasern 1 für die Verwendung zum Wärmeaustausch, ein" Gehäuse 2 zur Aufnahme der Hohlfasern und eine Wärmeaustauschkammer 3. Ein Barriereteil 4 dient dazu, die Wärmeaustauschkammer 3 in Flüssigkeitsabdichtung von den offenen Enden der Hohlfaser 1 und von.einer Fluideinlass(oder Auslass)-kammer 5 und einer Fluidauslass(oder Einlass)kammer 6 zu bringen, die beide mit den Hohlräumen in den Hohlfasern kommunizieren. Der Wärmeaustauscher hatAs shown in Fig. 1, the heat exchanger comprises hollow fibers 1 for use for heat exchange, a housing 2 for receiving the hollow fibers and a heat exchange chamber 3. A barrier member 4 serves to seal the heat exchange chamber 3 from the open ends of the hollow fiber 1 and from a fluid inlet (or outlet) chamber 5 and a fluid outlet (or inlet) chamber 6, both communicating with the cavities in the hollow fibers

ausserdem einen Fluideinlass 7 und einen Fluidauslass 8, die beide mit der Wärmeaustauschkammer 3 kommunizieren.in addition, a fluid inlet 7 and a fluid outlet 8, both of which communicate with the heat exchange chamber 3.

Bezugnehmend auf Fig. 2 und 3 werden weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers gezeigt. Im Unterschied zu dem Wärmeaustauscher in Fig. 1 haben diese Ausführungsformen ein Bündel von Hohlfasern 1, die als gerade LinienReferring to Figs. 2 and 3, further embodiments of a heat exchanger according to the invention are shown. In contrast to the heat exchanger in Fig. 1, these embodiments have a bundle of hollow fibers 1 as straight lines

10. im Gehäuse 2 sich erstrecken. Bei der Ausführungsform der Fig. 3 sind eine Fluidverteilungskammer 9 und eine F.luidsammelkammer 10 zwischen dem Fluideinlass 7 und der Region, die durch die Hohlfasern 1 besetzt wird und zwischen dem Fluidauslass 8 und der Region, die durch die Hohlfaser 1 besetzt wird, jeweils vorgesehen, um dafür zu sorgen, dass das an der Aussenseite der Hohlfaser 1 fliessende Fluid einen Fliesspfad einnimmt, der im wesentlichen senkrecht zur Hohlfaser 1 verläuft.10. extend in the housing 2. In the embodiment of Fig. 3, a fluid distribution chamber 9 and a F.luidsammelkammer 10 between the fluid inlet 7 and the region which is occupied by the hollow fibers 1 and between the fluid outlet 8 and the region which is occupied by the hollow fiber 1, respectively provided to ensure that the flowing on the outside of the hollow fiber 1 fluid occupies a Fliesspfad which is substantially perpendicular to the hollow fiber 1.

Bei der Herstellung eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers kann das Material für die Hohlfasern, aus denen die Wärmeübertragungsrohre gebildet werden, von einer Vielzahl von organischen Polymeren ausgewählt werden. Beispiele hierfür sind Polyolefine und fluorierte Polyolefine, wie Polypropylen, Polyethylen, Poly-4-methyl-1-penten, Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen; Acrylnitrilpolymere; Cellulosepolymere; Polyamide und Polyimide; Polyester; Siliconharze; Polymethylmethacrylat und dessen Analoge; Polycarbonate; sowie Polysulfone. Unter anderemIn the production of a heat exchanger according to the invention, the material for the hollow fibers from which the heat transfer tubes are formed may be selected from a variety of organic polymers. Examples of these are polyolefins and fluorinated polyolefins such as polypropylene, polyethylene, poly-4-methyl-1-pentene, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; acrylonitrile; Cellulosic polymers; Polyamides and polyimides; Polyester; Silicone resins; Polymethyl methacrylate and its analogs; polycarbonates; as well as polysulfones. Amongst other things

kann man organische-Polymere mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1,0 χ 10~5 bis 50,0 χ 10~4 cal/cm·sek·0C zur Herstellung eines Kunststoff-Wärmeaustauschers verwenden, der in seiner Wärmeaustauscheffizienz sich mit den üblichen Wärmeaustauschern, bei denen metallische Rohre verwendet werden, durchaus messen kann.one can use organic polymers having a thermal conductivity of 1.0 χ 10 ~ 5 to 50.0 χ 10 -4 cal / cm · sec · 0 C for producing a plastic heat exchanger, which in its heat exchange efficiency, with the usual heat exchangers where metallic tubes are used can quite measure.

Um die Wärmeaustauscheffizienz des Wärmeaustauschers gemäss der Erfindung zu erhöhen, verwendet man vorzugsweise Hohlfasermembranen mit einem Innendurchmesser von etwa 50 bis etwa 1.000 um und einer Wanddicke von etwa 2 bis 200 um.In order to increase the heat exchange efficiency of the heat exchanger according to the invention, it is preferable to use hollow fiber membranes having an inner diameter of about 50 to about 1,000 μm and a wall thickness of about 2 to 200 μm.

Ist der Innendurchmesser der verwendeten Hohlfasern zu klein, dann kann während des Betriebs ein grosser Druckverlust eintreten und die Versiegelbarkeit der Fliesspfade wird dadurch verringert. Wenn andererseits der Innendurchmesser der Hohlfasern zu gross ist, dann hat das Fluid, welches durch die Bohrungen in den Hohlfasern fliesst, einen kleinen Wärmeübergangskoeffizienten und das relative Volumen, das durch die Hohlfasern pro Einheit der Wärmeübertragungsfläche eingenommen wird, erhöht sich und dadurch ergibt sich eine Verringerung der Wärmeübertragungseffizienz und eine Vergrösserung des Wärmeaustauschers . Weiterhin soll die Wanddicke der Hohlfasern so dünn wie möglich sein, um den WärmeÜbertragungswiderstand zu verringern und die Ausbildung eines Wärmeaustauschers mit einer kompakten Grosse zu ermöglichen. Ganz besonders bevorzugt hinsichtlich derIf the inner diameter of the hollow fibers used is too small, a large pressure loss can occur during operation and the sealability of the flow paths is thereby reduced. On the other hand, when the inner diameter of the hollow fibers is too large, the fluid flowing through the holes in the hollow fibers has a small heat transfer coefficient, and the relative volume occupied by the hollow fibers per unit of the heat transfer surface increases, thereby resulting in Reduction of heat transfer efficiency and enlargement of the heat exchanger. Furthermore, the wall thickness of the hollow fibers should be as thin as possible in order to reduce the heat transfer resistance and to allow the formation of a heat exchanger with a compact size. Very particularly preferred in terms of

Festigkeit und der Handhabbarkeit der Hohlfasern, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, sind solche mit einem Innendurchmesser von 150 bis 500 μΐη und einer Wanddicke von 10 bis 100 μΐη. 5Strength and handleability of the hollow fibers which can be used for the present invention are those having an inner diameter of 150 to 500 μΐη and a wall thickness of 10 to 100 μΐη. 5

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann der Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung aufgebaut sein, indem man Hohlfasern 1 aus einem organischen Polymer der vorerwähnten Art verwendet und diese in dem Gehöuse 2 unterbringt. Nach Auswahl eines Barriereteils 4, das aus einem Vergussmaterial·, ausgewählt beispielsweise aus Epoxyharzen, ungesättigten Polyesterharzen und Polyurethanharzen, hergestellt ist, werden die Endoberflächen des Barriereteils 4 so verarbeitet, dass die Hohlfasern offene Enden haben. Ausserdem sieht man noch eine Fluideiniasskammer 5 und eine Fluidauslasskammer 6 vor.In the embodiment shown in Fig. 1, the heat exchanger according to the invention can be constructed by using hollow fibers 1 of an organic polymer of the aforementioned kind and accommodating them in the housing 2. After selecting a barrier member 4 made of a potting material selected from, for example, epoxy resins, unsaturated polyester resins and polyurethane resins, the end surfaces of the barrier member 4 are processed so that the hollow fibers have open ends. In addition, one still sees a Fluideiniasskammer 5 and 6 before a Fluidauslasskammer.

Der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher ermöglicht eine leichte Verarbeitung der Endoberflächen des Barriereteils, weil der Härteunterschied zwischen dem Barriereteil und den Hohlfasern sehr gering ist im Vergieich zu Wärmeaustauschern, bei denen Metallrohre als Wärmeaustauschteil verwendet werden. Die offenen Enden der Hohlfasern sind so weich, dass dann, wenn man diesen Wärmeaustauscher für die Behandlung von Blut verwendet, die im Blut enthaltenen Zellen in keiner Weise von irgendwelchen Kanten, die an den Enden der Hohlfasern ausgebildet sind, beschä-0 digt werden. Darüber hinaus ist die Wärmeaustauscheffizienz dieses Wärmeaustauschers durchaus vergleichbarThe inventive heat exchanger allows easy processing of the end surfaces of the barrier member, because the difference in hardness between the barrier member and the hollow fibers is very low in comparison to heat exchangers, in which metal tubes are used as a heat exchange part. The open ends of the hollow fibers are so soft that, when using this heat exchanger for the treatment of blood, the cells contained in the blood are in no way damaged by any edges formed at the ends of the hollow fibers. In addition, the heat exchange efficiency of this heat exchanger is quite comparable

mit der eines Wärmeaustauschers mit metallischen Rohren.with a heat exchanger with metallic pipes.

Nachfolgend wird die Blutoxygenator-Vorrichtung, in welcher ein Wärmeaustauscher gemäss der vorliegenden Erfindung eingebaut ist, unter Heranziehung der Zeichnungen, näher erläutert.Hereinafter, the blood oxygenator apparatus in which a heat exchanger according to the present invention is incorporated will be explained in detail with reference to the drawings.

Die Blutoxygenator-Vorrichtung, die mit einem Wärmeaustauscher gemäss der Erfindung ausgerüstet ist, besteht aus einem Wärmeaustauschteil A, in dem ein Wärmeaustausch des Blutes, erfolgt, und einem Gasauslassteil B, , bei dem ein Gasaustausch mit dem Blut erfolgt. Das Wärmeaustauschteil A kann vom Innenperfusionstyp sein, bei dem das Blut durch die Bohrungen der für den Wärmeaustausch verwendeten Hohlfasern fliesst, oder vom Aussenperfusionstyp, bei dem das Blut an der Aussenseite der für den Wärmeaustausch verwendeten Hohlfasern strömt. Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 zeigt den Innenperfusionstyp, während die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform den Aussenperfusionstyp zeigt.The blood oxygenator apparatus equipped with a heat exchanger according to the invention consists of a heat exchange part A, in which a heat exchange of the blood takes place, and a gas outlet part B, in which a gas exchange takes place with the blood. The heat exchange part A may be of the inner perfusion type in which the blood flows through the holes of the hollow fibers used for the heat exchange, or of the outer perfusion type in which the blood flows on the outside of the hollow fibers used for the heat exchange. The embodiment according to FIG. 4 shows the type of internal perfusion, while the embodiment shown in FIG. 5 shows the type of external perfusion.

Das Wärmeaustauschteil A vom Innenperfusionstyp, der in Fig. 4 gezeigt wird, umfasst ein Gehäuse 11, einen Bluteinlass (oder -auslass) 12, einen Blutfliesskanal 13, Hohlfasern 15 für den Wärmeaustausch, ein Gussteil 14 zur Befestigung der Hohlfaser 15 im Gehäuse 11 und zum Abtrennen des Fliessraumes für das Wärmeaustauschmedium von dem Fliessraum für das Blut, einen Wärmeaustauschmedium-Einlass (oder Auslass) 16,The inner-perfusion type heat exchange part A shown in Fig. 4 comprises a housing 11, a blood inlet (or outlet) 12, a blood flow channel 13, hollow fibers 15 for heat exchange, a casting 14 for fixing the hollow fiber 15 in the housing 11 and for separating the flow space for the heat exchange medium from the blood flow space, a heat exchange medium inlet (or outlet) 16,

und einen Wärmeaustauschmedium-Auslass (oder Einlass) 17. Wird das Blut durch das Wärmeaustauschteil A und das Gasaustauschteil B "in dieser Reihenfolge geleitet, so fliesst das in den Bluteinlass 12 eingeführte Blut durch die Bohrungen in den Hohlfasern 15 in den Wärmeaustauscher und dort erfolgt ein Wärmeaustausch mit dem Wärmeaustauschmedium, das in den Wärmeaustauschmedium-Einlass 16 eingeleitet wird und passiert die Aussenseite der Hohlfasern 15, die für den Wärmeaustausch verwendet werden. Dann durchströmt das Blut den BlutfLiesskanal 13 und tritt in das Gasaustauschteil B ein, wo der Gasaustausch erfolgt. Dann tritt das temperaturkontrollierte oxygenierte Blut aus dem Blutauslass 13 aus.and a heat exchange medium outlet (or inlet) 17. When the blood is passed through the heat exchange part A and the gas exchange part B "in this order, the blood introduced into the blood inlet 12 flows through the bores in the hollow fibers 15 into the heat exchanger and takes place there exchanging heat with the heat exchange medium introduced into the heat exchange medium inlet 16 and passing the outside of the hollow fibers 15 used for the heat exchange, then the blood flows through the blood flow channel 13 and enters the gas exchange part B where the gas exchange takes place. Then, the temperature-controlled oxygenated blood exits the blood outlet 13.

Bei der Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss Fig. 4 ist das Gasaustauschteil B so konstruiert, dass es vom Innenperfusionstyp ist, bei dem das Blut durch die Bohrungen in der Hohlfasermembran 19 für den Gasaustausch strömt. Ein sauerstoffhaltiges Gas wird durch den Gaseinlass 20 in das Gasaustauschteil B eingeführt, wo es mit dem Blut, welches durch die Bohrungen der Hohlfasermembran 19 zum Zwecke des Gasaustausches fliesst, durch das Medium der Hohlfasermembran einem Gasaustausch unterliegt. Das so im Sauerstoffgehalt verminderte Gas und im Kohlendioxidgehalt erhöhte Gas wird beim Gasauslass 21 abgegeben. In der Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss Fig. 4 kann das Blut auch zuerst einem Gasaustausch unterworfen weiden und dann einem Wärmeaustausch. Dies erzielt man, indem man das Blut durch den Blutauslass 18 einführtIn the blood oxygenator apparatus of Fig. 4, the gas exchange part B is constructed to be of the internal perfusion type in which the blood flows through the bores in the hollow fiber membrane 19 for gas exchange. An oxygen-containing gas is introduced into the gas exchange part B through the gas inlet 20, where it undergoes gas exchange with the blood flowing through the bores of the hollow fiber membrane 19 for the purpose of gas exchange through the medium of the hollow fiber membrane. The gas thus reduced in oxygen content and gas increased in carbon dioxide content is discharged at the gas outlet 21. In the blood oxygenator apparatus of Fig. 4, the blood may also first be subjected to gas exchange and then to heat exchange. This is achieved by introducing the blood through the blood outlet 18

und durch den Bluteinlass 12 ausführt.and through the blood inlet 12.

Bei der Blutoxygenator-Vorrichtung vom Aussenperfusionstyp, wie er in Fig. 5 gezeigt wird, unterscheidet sich das Wärmeaustauschteil A von dem in Fig. 4 gezeigten nur darin, dass das Blut nicht durch die Bohrungen in den Hohlfasern 15 zum Zwecke des Wärmeaustausches fliesst, sondern an der Aussenseite der Hohlfasern strömt. Das durch den Wärmeaustauschmedium-Einlass 16 (oder 17) eingeführte Wärmeaustauschmedium durchströmt die Wärmeaustauschmedium-Fliesspassage 22 (oder 23), die zwischen dem Gehäuse 11' und dem Vergussteil 14' ausgebildet ist, durch die Bohrungen in den Hohlfasern und passiert dann die andere Wärmeaustauschmedium-Fliesspassage 23 (oder 22). Anschliessend wird das Wärmeaustauschmedium vom Wärmeaustauschmedium-Auslass 17 (oder 16) abgeführt.In the blood oxygenator apparatus of the external perfusion type as shown in Fig. 5, the heat exchange part A differs from that shown in Fig. 4 only in that the blood does not flow through the bores in the hollow fibers 15 for the purpose of heat exchange, but instead flows on the outside of the hollow fibers. The heat exchange medium introduced through the heat exchange medium inlet 16 (or 17) flows through the heat exchange medium flow passage 22 (or 23) formed between the housing 11 'and the potting member 14' through the holes in the hollow fibers and then passes through the other heat exchange medium Fleece Passage 23 (or 22). Subsequently, the heat exchange medium is removed from the heat exchange medium outlet 17 (or 16).

In dem Wärmeaustauschteil A der erfindungsgemässen Blutoxygenator-Vorrichtung können die Hohlfasern für den Wärmeaustausch und die Vergussteile aus dem gleichen Material hergestellt worden sein, wie es im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Wärmeaustauscher schon erwähnt wurde. Darüber hinaus kann das Wärmeaustauschteil A in gleicher Weise hergestellt sein wie schon im Zusammenhang mit dem Wärmeaustauscher beschrieben.In the heat exchange part A of the blood oxygenator device according to the invention, the hollow fibers for the heat exchange and the castings may have been produced from the same material as has already been mentioned in connection with the heat exchanger according to the invention. In addition, the heat exchange part A can be prepared in the same manner as already described in connection with the heat exchanger.

30- In dem Gasaustauschteil B der erfindungsgemässen Blutoxygenator-Vorrichtung können alle verschiedenen ArtenIn the gas exchange part B of the blood oxygenator device according to the invention, all the different types can be used

von Blutoxygenatoren verwendet werden, wie die üblichen Membrantyp-Blutoxygenatoren oder die Blasentyp-Blutoxygenatoren. Membrantyp-Blutoxygenatoren und insbesondere solche, die Hohlfasermembranen anwenden, werden jedoch bevorzugt.used by blood oxygenators, such as the usual membrane-type blood oxygenators or the bubble-type blood oxygenators. However, membrane type blood oxygenators, and particularly those employing hollow fiber membranes, are preferred.

Da die erfindungsgemässe Blutoxygenator-Vorrichtung einen integral ausgebildeten Wärmeaustauscher aufweist, benötigt man keine Kreislaufrohre oder ähnliehe Verbindungseinrichtungen, um den Bkutoxygenator mit dem Wärmeaustauscher zu verbinden und der Aufbau und der Betrieb des Kreislaufs sind daher leicht und das in der Anfangsphase der Operation benötigte Blutvolumen ist niedrig. Weiterhin hat die Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss der Erfindung die Vorteile, dass die Verarbeitung der Wärmeübergangsrohre leicht ist, weil man keine Metallrohre verwendet, und dass die Blutzellen in dem Blut nahezu unzerstört bleiben und weiterhin, dass die Vorrichtung klein und leicht ist.Since the blood oxygenator apparatus of the present invention has an integrally formed heat exchanger, there is no need for circuit tubes or similar connection means to connect the bkut oxygenator to the heat exchanger, and the construction and operation of the circuit are easy and the volume of blood needed in the initial phase of the operation is low , Further, the blood oxygenator device according to the invention has the advantages that the processing of the heat transfer tubes is easy because one does not use metal tubes, and that the blood cells in the blood remain almost undestroyed, and further that the device is small and light.

Nachfolgend wird die Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss der Erfindung in näherem Zusammenhang mit der besonders bevorzugten Ausführungsform beschrieben, bei welcher das Gasaustauschteil als Innenaufbau eines verbesserten Membrantyp-Blutoxygenators ausgebildet ist, und wobei sowohl das Gasaustauschteil· und das Wärmeaustauschteil· sich in einem einzigen Gehäuse befinden.Hereinafter, the blood oxygenator device according to the invention will be described in more detail with the particularly preferred embodiment in which the gas exchange part is formed as an internal structure of an improved membrane type blood oxygenator and wherein both the gas exchange part and the heat exchange part are in a single housing.

Fig. 6 stel·^ einen Querschnitt einer solchen Blutoxygenator-Vorrichtung dar und Fig. 7 ist ein Teil·-FIG. 6 shows a cross section of such a blood oxygenator device, and FIG. 7 is a part of FIG.

ausschnitt davon. Diese Blutoxygenator-Vorrichtung hat einen Bluteinlass 31, einen Blutauslass 32, einen Gaseinlass 33, einen Gasauslass 34, einen Wärmeaustauschmedium-Einlass 3 5 und einen Wärmeaustauschmedium-Auslass 36 und schliesst ein Gasaustauschteil B und ein Wärmeaustauschteil A im Inneren eines Gehäuses 37, das die Form einer Kiste hat, ein. Das Gasaustauschteil B umfasst Abteilungen, in denen jeweils ein Bündel von Hohlfasermembranen 38 für die Verwendung beim Gasaustausch vorhanden ist und die für den Gasaustausch mit dem Blut dienen, und das Wärmeaustauschteil A umfasst eine Abteilung (oder eine Wärmeaustauschkammer) , in welcher sich ein Bündel von Hohlfasern 3 9 für die Verwendung zum Wärmeaustausch befindet, und dient der Funktion des Wärmeaustausches mit dem Blut, wobei beide Abteilungen direkt ohne Hilfe von Rohren oder ähnlichen Verbindungsvorrichtungen miteinander verbunden sind.excerpt of it. This blood oxygenator device has a blood inlet 31, a blood outlet 32, a gas inlet 33, a gas outlet 34, a heat exchange medium inlet 35, and a heat exchange medium outlet 36, and includes a gas exchange part B and a heat exchange part A inside a housing 37 enclosing the Shape of a box has one. The gas exchange part B includes compartments each containing a bundle of hollow fiber membranes 38 for use in gas exchange and serving for gas exchange with the blood, and the heat exchange part A comprises a compartment (or a heat exchange chamber) in which a bundle of Hollow fibers 3 9 is located for use for heat exchange, and serves the function of heat exchange with the blood, wherein both departments are connected directly without the aid of pipes or similar connecting devices.

Grundsätzlich umfasst das Wärmeaustauschteil B Hohlfasermembranen 38 für die Verwendung beim Gasaustausch und Vergussteile (oder Barriereteile) 40. Diese Teile dienen dazu, den Innenraum des Gasaustauschteils B in einer Kontaktkammer 41, durch welche Blut fliesst, eine Gasverteilungspassage 42 zum Einführen des sauerstoffhaltigen Gases in die Bohrungen der Hohlfasermembranen 38, und eine Gassammelpassage 43, zum Durchführen des Gases zum Gasauslass 34 zu unterteilen. Die Kontaktkammer 41 schliesst eine Anzahl von Drosselstellen 44 ein, die sich transversal zum Blutfluss erstrecken, und den Fliesspfad des Blutes in senkrechterBasically, the heat exchange part B comprises hollow fiber membranes 38 for use in gas exchange and castings (or barrier parts) 40. These parts serve to make the interior of the gas exchange part B in a contact chamber 41 through which blood flows a gas distribution passage 42 for introducing the oxygen-containing gas into the gas exchange part Holes of the hollow fiber membranes 38, and a gas collecting passage 43, for passing the gas to the gas outlet 34 to divide. The contact chamber 41 includes a number of orifices 44, which extend transversely to the blood flow, and the flow path of the blood in vertical

Richtung zu den Hohlfasermembranen (nachfolgend als die Richtung der Dicke der Kontaktkammer bezeichnet) zu verengen und durch diese Drosseln wird die Kontaktkammer 41 in eine Anzahl von Abteilungen 45, enthaltend die Hohlfasermembranen 38, aufgeteilt.Direction to the hollow fiber membranes (hereinafter referred to as the direction of the thickness of the contact chamber) to narrow and through these chokes, the contact chamber 41 in a number of departments 45, containing the hollow fiber membranes 38, divided.

An den Drosseln 44 können eine oder mehrere Verstrebungen 46 so vorgesehen sein, dass sie sich in Richtung der Kontaktkammer 41 erstrecken.At the throttles 44, one or more struts 46 may be provided so as to extend in the direction of the contact chamber 41.

Die Hohlfasermembranen 38 erstrecken sich im wesentlichen in gerader Linie innerhalb der Abteilungen 45 und sind mit zwei gegenüberliegenden Vergussteilen 40 derart befestigt, dass ihre jeweiligen Enden offen zu dem Gasverteilungspassage42 und dem Gassammeipassage 43 sind.The hollow fiber membranes 38 extend substantially in a straight line within the compartments 45 and are secured with two opposing potting members 40 such that their respective ends are open to the gas distribution passage 42 and the gas collecting passage 43.

In das Gasaustauschteil· B dieser Blutoxygenator-Vorrichtung wird ein sauerstoffhaltiges Gas in die Gasverteilungspassage 4 2 durch den Gaseinlass 33 eingeführt und fliesst dann durch die Bohrungen der Hohlfasermembranen 38, welche sich in der Kontaktkammer 41 befinden, und unterliegt dort einem Gasaustausch mit dem Blut mittels der Hohlfasermembranen. Das so im Sauerstoffgehalt verminderte und im Kohlendioxidgehalt erhöhte Gas wird durch die Gassammeipassage 43 weitergeleitet und dann am Gasauslass 34 abgegeben. Selbstverständlich kann das durch den Gaseinlass 33 eingeführte sauerstoffhaltige Gas auch reiner Sauerstoff sein.In the gas exchange part B of this blood oxygenator apparatus, an oxygen-containing gas is introduced into the gas distribution passage 4 2 through the gas inlet 33, and then flows through the bores of the hollow fiber membranes 38 located in the contact chamber 41, where it undergoes gas exchange with the blood the hollow fiber membranes. The thus reduced in oxygen content and increased in carbon dioxide gas is passed through the Gassammeipassage 43 and then discharged at the gas outlet 34. Of course, the oxygen-containing gas introduced through the gas inlet 33 may also be pure oxygen.

Weiterhin wird das dem menschlichen Körper entzogeneFurthermore, this is the human body withdrawn

Blut (d.h. venöses Blut) in die Blutstromausgleichskammer 4 7 durch den Bluteinlass 31 eingeleitet und fliesst durch die Kontaktkammer 41, wo der Gasaustausch mittels der Hohlfasermembranen mit dem durch die Bohrungen der Hohlfasermembranen 38 fliessenden sauerstoffhaltigen Gas erfolgt. Auf diese Weise wird venöses Blut in arterielles Blut überführt, welches dann durch das Wärmeaustauschteil A mittels des Blutfliesskanals 48, welcher das Gasaustauschteil B mit.dem Wärmeaustauschteil A verbindet, geleitet wird.Blood (i.e., venous blood) is introduced into the blood flow balancing chamber 4 7 through the blood inlet 31 and flows through the contact chamber 41, where the gas exchange by means of the hollow fiber membranes takes place with the oxygen-containing gas flowing through the bores of the hollow fiber membranes 38. In this way, venous blood is transferred into arterial blood, which is then passed through the heat exchange part A by means of the blood flow channel 48 which connects the gas exchange part B to the heat exchange part A.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform ist die Kontaktkammer mittels der beiden Drosseln 44 in drei Abteilungen 45 unterteilt. Es kann jedoch jede beliebige Anzahl an -Abteilungen 45 vorliegen unter der Voraussetzung, dass die Anzahl der Abteilungen 4 5 nicht kleiner als zwei ist. Zwar ist eine grössere Anzahl bevorzugt; aus praktischen Gründen und wegen der leichteren Herstellung ist es wünschenswert, dass die Kontaktkammer zwei bis sechs Abteilungen aufweist.In the embodiment shown in FIG. 6, the contact chamber is divided into three compartments 45 by means of the two throttles 44. However, there may be any number of divisions 45 provided that the number of compartments 4 5 is not less than two. Although a larger number is preferred; for convenience and ease of manufacture, it is desirable for the contact chamber to have two to six compartments.

Die Drosseln 44 können jeden beliebigen Querschnitt haben unter der Voraussetzung, dass sie den Blutfliesskanal in Richtung zur Dicke der Kontaktkammer verengen. Drosseln bzw. Prallbleche mit einem gekrümmten Querschnitt, wie in Fig. 6 gezeigt, werden bevorzugt, um eine Stagnation des Blutes zu vermeider 0 Die in der Kontaktkammer 41 vorgesehenen Drosseln dienen nicht nur dazu, eine Kanalbildung des Blut-The throttles 44 may have any cross-section provided that they narrow the blood flow channel in the direction of the thickness of the contact chamber. Throttles or baffles with a curved cross-section, as shown in FIG. 6, are preferred in order to prevent stagnation of the blood. The throttles provided in the contact chamber 41 serve not only to prevent channeling of blood vessels.

flusses in Richtung zu der Dicke zu vermeiden, sondern auch dazu, um den Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalt des Blutes im Querschnitt senkrecht zur Richtung des Blutstroms zu vergleichmässigen und dadurch einen guten Gasaustausch zu bewirken.To avoid flow in the direction of the thickness, but also to the oxygen and carbon dioxide content of the blood in cross section perpendicular to the direction of the blood stream to make uniform and thereby cause a good gas exchange.

Wie in Fig. 6 gezeigt wird, sollte die Art, wie der Blutfliesskanal durch die Drosseln 4 4 in Richtung zur Dicke der Kontaktkammer verengt wird, vorzugsweise derart sein, dass anliegende Drosseln 44 alternativ an der oberen und der unteren Wandung angebracht sind.As shown in Fig. 6, the manner in which the blood flow channel is narrowed by the throttles 4 4 in the direction of the thickness of the contact chamber should preferably be such that adjacent restrictors 44 are alternatively attached to the upper and lower walls.

Die Dimensionen der Kontaktkammer 41 in der Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss der Erfindung wird nachfolgend erläutert. Vorzugsweise soll die Länge a in jeder Abteilung 45, gemessen in Richtung des Blutstroms grosser sein als die maximale Dicke h der Abteilung. Ist die Dicke h grosser als die Länge a, dann überwiegt der Blutfluss in Richtung zur Dicke derart, dass eine Stagnation des Blutes an den Ecken der Abteilung (d.h. in der Nähe der Grenzen zwischen der Abteilung und den verengten Blutfliesskanälen) eintreten kann und falls Luftblasen eingefangen werden, können diese eingefangenen Luftblasen nur noch schwierig entfernt werden. Um die Wirkung der Drosseln 44 zu erzielen, soll die Dicke der Blutfliesskanäle, die durch die Drosseln 44 verengt wird, vorzugsweise gleich oder kleiner als eine Hälfte der Dicke h der Abteilungen sein.The dimensions of the contact chamber 41 in the blood oxygenator device according to the invention will be explained below. Preferably, the length a in each compartment 45, measured in the direction of the blood flow, should be greater than the maximum thickness h of the compartment. If the thickness h is greater than the length a, then the blood flow towards the thickness predominates so that stagnation of the blood may occur at the corners of the compartment (ie near the boundaries between the compartment and the constricted blood flow channels) and if there are air bubbles are trapped, these trapped air bubbles are difficult to remove. In order to achieve the effect of the throttles 44, the thickness of the blood flow channels narrowed by the throttles 44 should preferably be equal to or less than one half of the thickness h of the compartments.

Die Breite 1 der Kontaktkammer 41 (d.h. die Entfernung zwischen den beiden Vergussteilen 40) soll in geeigneter Weise in bezug zur Fliessrate des Blutes und zur Dicke h der Abteilungen ausgebildet sein. Um den gewünschten blattartigen Strom des Blutes in der Kontaktkammer zu erzielen, soll die Breite 1 der Kontaktkammer etwas ein- bis zwanzigmal grosser sein als die Dicke h der Kontaktkammer. Ist die Breite 1 kleiner als die Dicke h, dann haben die Oberflächen der Vergussteile eine merkliche Wirkung auf den Blutstrom und ergeben gelegentlich ein schlechtes Arbeiten., Ist die Breite 1 mehr als zwanzigmal so gross wie die Dicke h, dann wird es in einem gewissen Ausmass schiwerig, das Blut gleichmässig über 5 die Oberfläche aller Hohlfasern zu verbreiten und dadurch eine Kanalbildung des Blutes zu vermeiden.The width 1 of the contact chamber 41 (i.e., the distance between the two encapsulants 40) should be suitably designed with respect to the flow rate of the blood and the thickness h of the compartments. In order to achieve the desired sheet-like flow of the blood in the contact chamber, the width 1 of the contact chamber should be something one to twenty times greater than the thickness h of the contact chamber. If the width 1 is less than the thickness h, then the surfaces of the castings have a marked effect on the bloodstream and occasionally give a bad work. If the width 1 is more than twenty times the thickness h, then it will be in some degree It is difficult to spread the blood evenly over the surface of all hollow fibers, thus avoiding channeling of the blood.

In der Kontaktkammer sind die Hohlfasern nahezu senkrecht zur Richtung des Blutstroms angeordnet.In the contact chamber, the hollow fibers are arranged nearly perpendicular to the direction of blood flow.

Der Ausdruck "Richtung des Blutstroms", wie er hier verwendet wird, bedeutet nicht die Richtung des Blutstroms, wie er tatsächlich durch das Durchleiten des Blutes durch die Kontaktkammer gegeben ist, sondern die Richtung der geraden Linie, welche den Bluteinlass mit dem Blutauslass verbindet. Um eine Kanalbildung des Blutes zu vermeiden, müssen die Hohlfasern einen Winkel von wenigstens 45° zur Richtung des Blutstroms bilden, wobei besonders bevorzugt ist, dass die Hohlfasern nahezu senkrecht zur Rich-0 tung des Blutstroms angeordnet sind. Der Grund hierfür liegt wahrscheinlich darin, dass dann, wenn dasAs used herein, the term "direction of blood flow" does not mean the direction of the blood flow actually given by passing the blood through the contact chamber, but the direction of the straight line connecting the blood inlet to the blood outlet. In order to avoid channeling of the blood, the hollow fibers must form an angle of at least 45 ° to the direction of the blood flow, wherein it is particularly preferred that the hollow fibers are arranged almost perpendicular to the direction of the blood stream. The reason is probably that if that

Blut über die Hohlfasern fliesst, kleine Turbulenzen des Blutflusses um die Hohlfasern herum ausgebildet werden. Weiterhin wird die grosse Anzahl der Hohlfasern in den jeweiligen Abteilungen vorzugsweise derart eingebracht, dass jede nachfolgende Faser parallel zur Längsachse des Hohlfaserbündels ist. Man kann sie aber auch so anordnen, dass die Mehrzahl der Hohlfasern gebündelt ist und dass sie in einem Winkel von bis zu 45° zur Längsachse des Bündels der Hohlfasern aufgewickelt sind.Blood flows over the hollow fibers, small turbulences of blood flow are formed around the hollow fibers. Furthermore, the large number of hollow fibers in the respective compartments is preferably introduced such that each subsequent fiber is parallel to the longitudinal axis of the hollow fiber bundle. But you can also arrange them so that the majority of the hollow fibers is bundled and that they are wound at an angle of up to 45 ° to the longitudinal axis of the bundle of hollow fibers.

Der Packungsgrad der Hohlfasern in den jeweiligen Abteilungen beträgt vorzugsweise 10 bis 55 %. Der Ausdruck "Packungsgrad" bedeutet den Anteil der Ge-Samtquerschnittsfläche der Hohlfasern zur Querschnittsfläche der Abteilung, gesehen in einer Ebene senkrecht zur Richtung des Blutstroms in der Kontaktkammer. Beträgt der Packungsgrad weniger als 10 %, dann besteht eine Neigung zur Kanalbildung des Blutes und eine Blutflussturbulenz kann kaum ausgebildet werden. Ist der Packungsgrad grosser als 55 %, dann ist der Fliesswiderstand des Blutes zu hoch und es kann eine Hämolyse eingeleitet werden. Zwar kann der Packungsgrad der Hohlfasern in den einzelnen Abteilungen variieren, aus Gründen der Eingachheit der Herstellung verwendet man jedoch einen gleichen Packungsgrad für alle Abteilungen.The packing rate of the hollow fibers in the respective compartments is preferably 10 to 55%. The term "packing ratio" means the proportion of the Ge velvet cross-sectional area of the hollow fibers to the cross-sectional area of the compartment seen in a plane perpendicular to the direction of blood flow in the contact chamber. If the packing rate is less than 10%, blood is likely to channel and blood flow turbulence can hardly be formed. If the packing ratio is greater than 55%, the flow resistance of the blood is too high and hemolysis can be initiated. Although the degree of packing of the hollow fibers can vary in the individual compartments, but for the sake of handling the production, one uses the same packing ratio for all compartments.

Die für den Gasaustausch in der Blutoxygenator-Vorrichtung verwendeten Hohlfasern können alle Hohlfasern sein, die aus homogenen oder porösen MembranmaterialienThe hollow fibers used for gas exchange in the blood oxygenator device may be any hollow fibers made from homogeneous or porous membrane materials

hergestellt worden sind, beispielsweise Cellulosen, Polyolefine, Polysulfone, Polyvinylalkohol, Siliconharze und PMMA. Hohlfasern aus einer porösen Polyolefinmembran werden jedoch bevorzugt wegen ihrer hervorragenden Dauerhaftigkeit und Gasdurchlässigkeit. Ganz besonders bevorzugt sind Hohlfasern aus einer Membran, bei denen Fibrile in Schichten zwischen beiden Oberflächen und den Knoten, durch welche die jeweiligen Enden der Fibrile fixiert sind, gelegt sind, wodurch Mikroporen aus den Räumen· zwischen den Fibrilen ausgebildet und. so verbunden sind, dass sie sich von einer Oberfläche zur anderen erstrecken. Beispiele, für solche Hohlfasern sind Polypropylen-Hohlfasern und Polyethylen-Hohlfasern, die von Mitsubishi Rayon Co., Ltd. unter den Handelsnamen KPF bzw. EHF erhältlich sind.have been prepared, for example, celluloses, polyolefins, polysulfones, polyvinyl alcohol, silicone resins and PMMA. However, hollow fibers made of a porous polyolefin membrane are preferred because of their excellent durability and gas permeability. Most preferred are hollow fibers of a membrane in which fibrils are laid in layers between both surfaces and the nodes through which the respective ends of the fibrils are fixed, thereby forming micropores from the spaces between the fibrils and. are connected so that they extend from one surface to the other. Examples of such hollow fibers are polypropylene hollow fibers and polyethylene hollow fibers manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd. available under the trade names KPF and EHF.

Verstrebungen bzw. Stützen 46, die an den Drosseln 44 vorgesehen sein können, dienen dazu, Turbulenzen des Blutstroms in der Kontaktkammer zu erzeugen und auch dazu, dass die Hohlfasern in den Abteilungen in Richtung zu den Drosseln mittels des Blutstroms verschoben werden, wodurch ein zu hoher Packungsgrad der Hohlfasern in diesen Regionen eintreten würde und dadurch dann eine Hämolyse oder dergleichen eingeleitet würde. Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind solche Verstrebungen 46 vorgesehen.Struts 46, which may be provided on the throttles 44, serve to create turbulence of the blood flow in the contact chamber and also to cause the hollow fibers in the compartments to be displaced towards the throttles by means of the blood flow, thereby increasing the flow rate high degree of packing of the hollow fibers would occur in these regions and then a hemolysis or the like would be initiated. According to a preferred embodiment of the invention, such struts 46 are provided.

0 Die Vergussteile 4 0 können der Einfachheit halber in gleicher Weise hergestellt werden wie die sogenannten0 For the sake of simplicity, the castings 4 0 can be produced in the same way as the so-called

Hohlfaserfiltriermodule unter Verwendung von Hohlfasern. Dies kann man dadurch bewerkstelligen, dass man ein Vergussmaterial mit guten Klebeeigenschaften aus Polyurethan, ungesättigten Polyestern, Epoxyharzen und dergleichen auswählt und dann integral mit den Hohlfasern form.Hollow fiber filtration modules using hollow fibers. This can be accomplished by selecting a potting material having good adhesive properties from polyurethane, unsaturated polyesters, epoxy resins, and the like, and then molding it integrally with the hollow fibers.

Weiterhin ist in dem Wärmeaustauschteil A ein Wärmeaustauschmedium 35, eine Wärmeaustauschmedium-Verteilungspassage 49, ein Hohlfaserbündel 39 für die Verwendung als Wärmeaustauscher, eine Wärmeaustauschmedium-Sammelpassage 50 und ein Wärmeaustauschmedium-Auslass 36 vorgesehen. Das für die Verwendung zum Wärmeaustausch eingesetzte Hohlfaserbündel 39, bei dem ein Wärmeaustauschmedium, wie warmes Wasser, durch dessen Bohrungen fliesst, befindet sich nahezu senkrecht zur Richtung des Blutes, das vom Blutfliesskanal 48 zum Blutauslass 32 fliesst. Sind die Hohlfasern 39 in dieser Weise angeordnet, so kann man den Wärmeübergangswiderstand des laminaren Blutfilmes vermindern und die Wärmeaustauscheffizienz zwischen dem Blut und dem Wärmeaustauschmedium erhöhen und dadurch wird es möglich, das Wärmeaustauschteil A in kompakter Grosse auszubilden.Further, in the heat exchange part A, a heat exchange medium 35, a heat exchange medium distribution passage 49, a hollow fiber bundle 39 for use as a heat exchanger, a heat exchange medium collection passage 50, and a heat exchange medium outlet 36 are provided. The hollow fiber bundle 39 used for heat exchange use, in which a heat exchange medium, such as warm water, flows through its bores, is nearly perpendicular to the direction of the blood flowing from the Blutfliesskanal 48 to the blood outlet 32. When the hollow fibers 39 are arranged in this manner, it is possible to reduce the heat transfer resistance of the laminar blood film and increase the heat exchange efficiency between the blood and the heat exchange medium, and thereby it becomes possible to form the heat exchange part A in a compact size.

Bei der in den Fig. 6 und 7 gezeigten Ausführungsform umfasst die Wärmeaustauschkammer 51, enthaltend das Bündel aus den Hohlfasern 39 für die Verwendung als Wärmeaustauscher, nur eine Abteilung.In the embodiment shown in Figures 6 and 7, the heat exchange chamber 51 containing the bundle of hollow fibers 39 for use as a heat exchanger comprises only one compartment.

In ähnlicher Weise wie beim Gasaustauschteil B kann die Wärmeaustauschkammer in eine Mehrzahl vonSimilarly to the gas exchange part B, the heat exchange chamber may be divided into a plurality of

Abteilungen aufgeteilt sein. Obwohl diese Ausführungsform vorsieht, dass Blut durch das Gasaustauschteil B und das Wärmeaustauschteil A in dieser Reihenfolge fliesst, ist es auch möglich, das Blut einem Wärmeaustausch im Wärmeaustauschteil A und dann einem Gasaustausch im Gasaustauschteil B zu unterwerfen. Weiterhin können die Hohlfaserbündel für die Verwendung, zum Wärmeaustausch und solche für die Verwendung zum Gasaustausch in allen gewünschten Abteilungen der Kontaktkammer der Blutoxygenator-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung verteilt werden, um das Blut in irgendeiner gewünschten Reihenfolge einem Gasaustausch und einem Wärmeaustausch zu unterwerfen.Be divided departments. Although this embodiment provides for blood to flow through the gas exchange part B and the heat exchange part A in this order, it is also possible to subject the blood to heat exchange in the heat exchange part A and then gas exchange in the gas exchange part B. Furthermore, the hollow fiber bundles for use, for heat exchange and those for use in gas exchange may be distributed in all desired portions of the contact chamber of the blood oxygenator apparatus of the present invention to subject the blood to gas exchange and heat exchange in any desired order.

Dieser verbesserte Typ einer Blutoxygenator-Vorrichtung mit einem Wärmeaustauscher hat nicht nur die vorher erwähnten Vorteile des erfindungsgemässen Austauschers, sondern zeigt zusätzlich die wertvollen Wirkungen, dass man eine hohe Oxygenierungs- und Kohlendioxid-Desorptionsrate pro Flächeneinheit der Hohlfasermembran (selbst wenn das Blut mit einem niedrigen Druckverlust hindurchfliesst) erzielt, weil nur eine geringe Stagnation oder Kanalbildung des Blutes eintritt und die Turbulenzen des Blutstroms leicht erzeugt werden.This improved type of blood oxygenator apparatus having a heat exchanger not only has the aforementioned advantages of the exchanger of the present invention, but additionally exhibits the valuable effects of having a high oxygenation and carbon dioxide desorption rate per unit area of the hollow fiber membrane (even if the blood is low in blood) Pressure Leak passes through) achieved because only a small stagnation or channeling of the blood occurs and the turbulence of the blood stream are easily generated.

Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutertThe invention is explained in more detail in the following examples

30 30

Beispiel 1example 1

Ein Wasser-Wasser-Wärmeaustauschversuch wurde unter Verwendung eines Wärmeaustauschers, wie er in Fig. gezeigt wird, durchgeführt. Die bei diesem Wärmeaustausch verwendeten Hohlfasern bestanden aus hochdichtem Polyethylen und hatten einen Innendurchmesser von 36 0 μπι und eine Wanddicke von 20 um. Die wirksame Wärmeaustauschlänge f der Hohlfasern betrug 10 cm und deren wirksame Wärmeaustauschfläche 0,1 m2 und der Packungsgrad (d.h. der Anteil der gesamten Querschnittsfläche der Hohlfasern zu der des Gehäuses, gesehen in dem Querschnitt längs der Linie X-X' in Fig. 2) betrug 17 %.A water-water heat exchange experiment was carried out using a heat exchanger as shown in FIG. The hollow fibers used in this heat exchange consisted of high-density polyethylene and had an inner diameter of 36 microns and a wall thickness of 20 microns. The effective heat exchange length f of the hollow fibers was 10 cm and their effective heat exchange area was 0.1 m 2 and the packing ratio (ie the proportion of the total cross-sectional area of the hollow fibers to that of the housing as viewed in the cross section along the line XX 'in Fig. 2) 17%.

Wasser mit- einer Temperatur von 300C wurde durch den Fluideinlass in Mengen, wie es in Tabelle 1 gezeigt wird, eingeführt, während Wasser mit einer Temperatur von 4 0°C durch die Wärmeaustauschkammer geleitet wurde. Dann wurde die Temperatur des am Fluidauslass abströmenden Wassers gemessen.Water with- a temperature of 30 0 C was introduced through the fluid inlet in amounts as shown in Table 1, while water was fed at a temperature of 4 0 ° C through the heat exchange chamber. Then, the temperature of the water flowing out of the fluid outlet was measured.

Tabelletable

Wasserfluss (l/min)Water flow (l / min) Fluidtemperatur am Fluid auslassFluid temperature at the fluid outlet 1,0 2,01.0 2.0 37,2°C 36,40C37.2 ° C 36.4 0 C

Selbstverständlich kann man die Wassertemperatur am Fluidauslass auf jeden gewünschten Wert einstellen, indem man in geeigneter Weise die Einlasstemperatur und die Fliessgeschwindigkeit des Wassers, welches durch die Wärmeaustauschkammer geleitet wird, auswählt.Of course, one can adjust the water temperature at the fluid outlet to any desired value by suitably selecting the inlet temperature and the flow rate of the water passing through the heat exchange chamber.

Beispiel 2Example 2

Ein Blutoxygenator mit einem Aufbau gemäss dem in Fig. 6 und 7 gezeigten wurde aufgebaut. Das Gasausteil B bestand aus drei Abteilungen mit einer Dicke h von 4,0 cm einer Länge a von 4,0 cm und einer Breite 1 von 13 cm, wobei jede Abteilung voneinander getrennt war durch zwei Blutfliesskanäle, die durch Drosseln verengt waren und eine Dicke e von 1 cm und eine Länge von 0,5 cm hatten. In jeder dieser Abteilungen waren Hohlfasern für den Gasaustausch so gepackt, dass man einen Packungsgrad von 25 % erhielt. Die Hohlfasern waren Hohlfasern, die aus einer porösen Polypropylenmenran hergestellt worden waren (erhältlich von Mitsubishi Rayon Co., Ltd unter dem Handelsnamen KPF) und hatten eine Wanddicke von 22 um, einen Innendurchmesser von 20 0 μιχι und einen Blasenpunkten von 12,5 kg/cm2. Die Gesamtoberfläche der Membran, berechnet auf Basis des Innendurchmessers, betrug 2,0 m2. Das Wärmeaustauschteil A bestand aus einer Wärmeaustauschkammer mit einer Dicke h' von 4,0 cm, einer Länge b von 3,0 cm und einerA blood oxygenator having a structure according to that shown in Figs. 6 and 7 was constructed. The gas dispenser B consisted of three compartments with a thickness h of 4.0 cm, a length a of 4.0 cm and a width 1 of 13 cm, each compartment separated by two blood flow channels narrowed by throttling and one thickness e of 1 cm and a length of 0.5 cm. In each of these compartments, hollow fibers for gas exchange were packed to give a packing rate of 25%. The hollow fibers were hollow fibers made from a porous polypropylene menran (available from Mitsubishi Rayon Co., Ltd. under the trade name of KPF) and had a wall thickness of 22 μm, an inner diameter of 20 μm and a bubble point of 12.5 kg. cm 2 . The total surface area of the membrane, calculated on the basis of the inside diameter, was 2.0 m 2 . The heat exchange part A consisted of a heat exchange chamber having a thickness h 'of 4.0 cm, a length b of 3.0 cm and a

Breite 1 von 13 cm, in welcher die gleichen Hohlfasern wie in Beispiel 1 verwendet worden waren, die so gepackt waren, dass man einen Packungsgrad von 25 ' erhielt (mit einer Wärmeübertragungsfläche von 0,25 m2, berechnet auf Basis des Innendurchmessers. Das Gasaustauschteil B und das Wärmeaustauschteil A waren durch einen Blutfliesskanal mit einer Dicke von 1 cm und einer Länge von 1 cm miteinander verbunden.Width 1 of 13 cm, in which the same hollow fibers as in Example 1 were used, which were packed to give a packing of 25 ' (with a heat transfer area of 0.25 m 2 , calculated on the basis of the inside diameter) Gas exchange part B and heat exchange part A were connected to each other through a blood flow channel having a thickness of 1 cm and a length of 1 cm.

Mittels dieses Blutoxygenators wurde ein Wärmeaustauschtest an Rinderblut durchgeführt, das zuvor auf 3 0°C eingestellt worden war. Das Rinderblut hatte einen Hämatokrit von 3 5 %, einen pH von 7,3 2 und einen Sauerstoffpartialdruck von 65 mmHg, einen Kohlendioxidpartialdruck von 4 5 mmHg und eine Hämoglobinkonzentration von 12,5 g/dl.By means of this blood oxygenator, a heat exchange test was performed on bovine blood previously set at 3 ° C. The bovine blood had a hematocrit of 35%, a pH of 7.3 and an oxygen partial pressure of 65 mmHg, a carbon dioxide partial pressure of 45 mmHg and a hemoglobin concentration of 12.5 g / dl.

Das Rinderblut wurde durch den Bluteinlass. 31 mit unterschiedlichen Fliessgeschwindigkeiten eingeführt, während reiner Sauerstoff mit einer Temperatur von 300C durch den Gaseinlass 33 mit einer Fliessgeschwindigkeit von 10 l/min eingeführt wurde. Getrennt davon wurde warmes Wasser mit einer Temperatür von 36, 38 und 400C durch den Wärmeaustauschmedium-Einlass 35 eingeführt und zwar mit Fliessraten von jeweils 5, 7 und 9 l/min. Dann wurde die Temperatur des am Blutauslass 32 austretenden Blutes gemessen , 30The bovine blood was through the blood inlet. 31 introduced at different flow rates, while pure oxygen at a temperature of 30 0 C was introduced through the gas inlet 33 at a flow rate of 10 l / min. Separately, warm water having a temperature door 36, 38 and 40 0 C was introduced through the heat exchange medium inlet 35 and that with flow rates of 5, 7 and 9 l / min. Then the temperature of the blood leaving the blood outlet 32 was measured, 30

Die mit warmem Wasser von 4 00C erzielten ErgebnisseThe results obtained with warm water of 4 0 0 C results

werden in Fig. 8 gezeigt. Hatte dieses warme Wasser eine Temperatur von 36 bzw. 380C, dann waren die erzielten Ergebnisse im wesentlichen die gleichen wie in Fig. 8 gezeigt. Aus diesen Ergebnissen geht hervor, dass die Temperatur des am Blutauslass anfallenden Blutes auf jeden gewünschten Wert eingestellt werden kann, indem man die Temperatur und die Fliessgeschwindigkeit des Wärmeaustauschmediums variiert. In Fig. 8 wird der Wärmeaustauschkoeffizient gemäss der folgenden Gleichung definiert:are shown in FIG. Had this warm water a temperature of 36 or 38 0 C, then the results obtained were substantially the same as shown in Fig. 8. From these results it can be seen that the temperature of the blood arising at the blood outlet can be adjusted to any desired value by varying the temperature and the flow rate of the heat exchange medium. In Fig. 8, the heat exchange coefficient is defined according to the following equation:

Wärmeaustauschkoeffizient =Heat exchange coefficient

.Auslasstemperatur. _ .Einlasstemperatur,.Auslasstemperatur. _Inlet temperature,

'des Blutes des Blutes ''the blood of the blood'

Einlasstemperatur. _ .Auslasstemperatur.Inlet temperature. _. Outlet temperature.

des warmen Wassers des Blutes  the warm water of the blood

Dann wurde das gleiche Verfahren wiederholt, jedoch wurden das Rinderblut und der Sauerstoff auf 370C eingestellt und die Blutfliessgeschwindigkeit pro Flächeneinheit der Membran (Q/S) wurde von 0 auf 3 l/m2-min verändert. Dann wurde der Sauerstoffpartialdruck des am Blutauslass anfallenden Blutes gemessen, um die Oxygenierungsgeschwindigkeit (in ml/min-m2) dieses Blutoxygenator zu bestimmen.Then, the same procedure was repeated, but the bovine blood and the oxygen were adjusted to 37 0 C and the blood flow rate per unit area of the membrane (Q / S) was changed from 0 to 3 l / m 2 -min. Then the oxygen partial pressure of the blood leaving the blood outlet was measured to determine the oxygenation rate (in ml / min-m 2 ) of this blood oxygenator.

Die Ergebnisse werden in Fig. 9 gezeigt.The results are shown in FIG.

Claims (7)

ERFINDUNGSANSPRUCHCLAIM THE INVENTION 1. Wärmeaustauscher aus (1) einem Gehäuse, (2) einem Hohlfaserbündel aus einem organischen Polymer, wobei das Hohlfaserbündel innerhalb des Gehäuses so eingebracht und gepackt ist, dass es an beiden Enden fluiddicht ist, (3) einer Wärmeaustauschkammer an der Aussenseite der Hohlfasern und (4) einer Fluideinlasskammer und einer Fluidauslasskammer, die an den jeweiligen Enden des Bündels der Hohlfasern derart vorgesehen ist, dass sie mit den Bohrungen der Hohlfasern kommuniziert.A heat exchanger of (1) a housing, (2) a hollow fiber bundle of an organic polymer, wherein the hollow fiber bundle is introduced and packed within the housing so that it is fluid-tight at both ends, (3) a heat exchange chamber on the outside of the hollow fibers and (4) a fluid inlet chamber and a fluid outlet chamber provided at the respective ends of the bundle of the hollow fibers so as to communicate with the bores of the hollow fibers. 2. Wärmeaustauscher gemäss Punkt 1 , gekennzeichnet dadurch, dass die Hohlfasern (1, 15, 39) einen Innendurchmesser von 50 bis 1.000 μΐη und eine Wanddicke von 2 bis 200 um aufweisen.2. Heat exchanger according to item 1, characterized in that the hollow fibers (1, 15, 39) have an inner diameter of 50 to 1000 μΐη and a wall thickness of 2 to 200 microns. 3. Wärmeaustauscher gemäss Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Hohlfasern (1, 15, 39) einen Innendurchmesser von 150 bis 500 um und eine Wanddicke von 10 bis 100 μΐη haben. 3. Heat exchanger according to item 1, characterized in that the hollow fibers (1, 15, 39) have an inner diameter of 150 to 500 microns and a wall thickness of 10 to 100 μΐη. 4. Blutoxygenator-Vorrichtung mit einem Wärmeaustauschteil zur Kontrolle der Bluttemperatur4. Blood oxygenator device with a heat exchange part for controlling the blood temperature und einem Gasaustauschteil zur Bewirkung des Gasaustausches des Blutes, gekennzeichnet dadurch, dassand a gas exchange part for effecting the gas exchange of the blood, characterized in that (1) das Wärmeaustauschteil (A) ein Bünde-1(1) the heat exchange part (A) a fret-1 von Hohlfasern (1, 15, 39) aus einem organischen Polymer als Wärmeaustauschteil enthält, wobei das Bündel in dem Wärmeaustauschteil so eingebracht und gepackt ist, dass es an beiden Endenof hollow fibers (1, 15, 39) of an organic polymer as a heat exchange part, wherein the bundle is introduced and packed in the heat exchange part so as to be at both ends fluiddicht ist, undis fluid-tight, and (2) eine Fluideinlasskammer (5) und eine(2) a fluid inlet chamber (5) and a Fluidauslasskammer (6), die an den jeweiligen Enden des HohlfaserbündelsFluid outlet chamber (6), which at the respective ends of the hollow fiber bundle derart vorgesehen sind, dass sie mit den Bohrungen in den Hohlfasern kommunizieren. are provided so that they communicate with the holes in the hollow fibers. 5. Blutoxygenator-Vorrichtung gemäss Punkt 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Hohlfasern (1, 15, 39) einen Innendurchmesser von 50 bis 1.000 μπι und eine Wanddicke von 2 bis 200 μΐη haben.5. Blutoxygenator device according to item 4, characterized in that the hollow fibers (1, 15, 39) have an inner diameter of 50 to 1000 μπι and a wall thickness of 2 to 200 μΐη. 6. Blutoxygenator vom Hohlfasermembrantyp mit einem eingebauten Wärmeaustauscher, gekennzeichnet durch 6. blood oxygenator of the hollow fiber membrane type with a built-in heat exchanger, characterized by (1) ein Gehäuse (2, 11, 11', 37) mit einem(1) a housing (2, 11, 11 ', 37) with a Bluteinlass (12, 31), einem BlutauslassBlood inlet (12, 31), a blood outlet (18, 32), einem Gaseinlass (20, 33), einem Gasauslass (21, 34), einem Wärmeaustauschmedium-Einlass (16, 35) und einem Wärmeaustauschmedium-Auslass (17, 36) und einer Kontaktkammer (41),(18, 32), a gas inlet (20, 33), a gas outlet (21, 34), a heat exchange medium inlet (16, 35), and a heat exchange medium outlet (17, 36) and a contact chamber (41); wobei die Kontaktkammer Blutfliesskanäle (13, 48) umfasst, die durch Drosseln (44) verengt sind, und eine Mehrzahl von Abteilungen durch die Blutfliesskanäle voneinander abgewherein the contact chamber comprises blood flow channels (13, 48) narrowed by throttles (44) and a plurality of compartments separated from each other by the blood flow channels trennt sind;are separated; (2) ein erstes Bündel oder Bündel von Hohlfaser (1, 15, 39) aus einer grossen Anzahl von Hohlfasern für die Verwen(2) a first bundle or bundles of hollow fibers (1, 15, 39) of a large number of hollow fibers for use dung zum Gasaustausch mit fixierten Enden; undfor gas exchange with fixed ends; and (3) ein zweites Bündel oder Bündel von Hohl- · fasern, bestehend aus einer grossen(3) a second bundle or bundle of hollow fibers consisting of a large Anzahl von Hohlfasern für die Verwendung zum Wärmeaustausch mit fixierten Enden, wobei die ersten und. zweiten Hohlfaserbündel in getrennten Abteilungen so eingebracht sind, dass sie im wesentNumber of hollow fibers for use in heat exchange with fixed ends, the first and the first. second hollow fiber bundles are placed in separate compartments so that they are in essence lichen parallel zu den Drosseln (44) sind und die jeweiligen Enden des ersten Hohlfaserbündels mit dem Gaseinlass (20, 33) und dem Gasauslass (21, 34) und die jeweiligen Enden des zweiten Hohlfaserparallel to the throttles (44) and the respective ends of the first hollow fiber bundle with the gas inlet (20, 33) and the gas outlet (21, 34) and the respective ends of the second hollow fiber bündels mit dem Wärmeaustauschmedium-bundle with the heat exchange medium Einlass (16, 35) und dem Wärmeaustauschmedium-Auslass (17, 36) kommunizieren.Inlet (16, 35) and the heat exchange medium outlet (17, 36) communicate. 7. Blutoxygenator gemäss Punkt 6, gekenn-5 zeichnet dadurch, dass die Hohlfasern für die Verwendung beim Wärmeaustausch einen Innendurchmesser von 50bis 1.000 μΐη und eine Wanddicke von 2 bis 200 μπι aufweisen.7. Blood oxygenator according to item 6, labeled-5, characterized in that the hollow fibers for use in heat exchange have an inner diameter of 50 to 1000 μΐη and a wall thickness of 2 to 200 μπι. - Hierzu 4 Blatt Zeichnungen -- For this 4 sheets drawings -
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