Массообменное устройство

(51) 4 А 61 М 1 16 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,: МненноС 7 Ы 2фейОдменнаи арой ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский государственный ордена Ленина институт усовершенствованияврачей им. С. М, Кирова и Всесоюзныйнаучно-исследовательский институт синтетических смол(56) Авторское свидетельство СССР1107871, кл. А 61 М 1/03, 1982.Авторское свидетельство СССР613758,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.1228860 2. Устройство цо и. 1, от)1 ичающееся тем, что на пластинах вы "олнены олинаковые выемки, прилегаю 1 цие, выступа и образую 1 цие с ними участк,1 перемен ивания, причем максимальная глубина выемок превышает в 3 - 5 раз расстояние между смежными :1 ластинами ца плоских участках. 3, Устройство цо пп. 1 и 2, отличающееся тем, что выемки расположены цо обеим сторонам выступов и попарно образуют с каждым выступом участок перемешивания, при этом каждая выемка выполнена по всей ширццс пластины и имеет в поперечном сечении греугольную форму с расширением по ходу потока с углом наклона 20 - 45, выступы имеют в поперечном сечеции прямоугольную форму, в них выполнены прорези с закругленными вертикальными гранями, причем прорези в соседних выступах раз мешены ол 11 а напротив другой и имеют высоту, равную расстоянию между смежными пластинами на плоских участках, и ширину, цревышаюгцую 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. 13, отличаюиееся тем, что прорези каждого выступа смец 1 ены относительно прорезей соседнего вь 1 ступа ца половину расстояния между прорезями в выступе. Изобретение относится к медицинской "ехцике и может быть использовано в аппа. .) птах искусственного кровообращения и лцализа крови.Цель изобретения - повышение эффективности массообмена путем увеличения степени перемешивания крови и обменной среды без повыц)ения травмы крови,На фиг, 1 представлено массообменное устройство, общий вид в сборе; на фиг. 2 . - то же, в разъеме; на фиг. 3 - - полупроницаемая пластина с выемками, расположенными по обеим сторонам выступов и попарно образую 1 цими 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 параллельном плоскости пластины, -образную форму; на фиг. 6 - фрагмент поверхности пластины, изображенной на фиг. 5,5). Устройство по пп.и 2, отличающееся тем, что выступы выполнены в виде тел, имеюгцих:з сечении, параллельном плоскости ;1 ластицы, -образную форму с закруглен ными кромками, причем выступы расположены цараллсльцыми рядами с зазором между выступами, плоские участки размещены между рядами, каждая выемка расположена между стОЙками соседних ВыстуцОв и про. тивоположцыми полками соседних выс апов, расстояние между стойками сосед:1 цх выступов и величина зазора между выступами превышают соответственно в 10 - 50 раз и в 25 раз расстояние между смежными пластинами на плоских участках, г 1 ри этом число плоских участков ца пластине составляет 510.6. Устройство по п. 1, от,1 ича)ощееся тем, что выступы вь 1 полнены в виде тел, их)еющих форму параллелепипедов с закругленными вертикал 1 Н 1 ыми ребрами и обращенных широкой сторсаоЙ к потоку на пластине, причем выступы рас 1 оложены параллельными рядами, плоские участки пластин размешены между участками перемешивания, каждый 1 з которых образован це менее чем двумя рядами выступов, при этом длина каждого выс 1 уца в 2- 3 раза превышает расстояние ме,+.;.у выступами в соседних рялах участка перемец 1 ивания, расстояние между соседними 1)ыступами в ряду в 5 - 10 раз превышает их выс 1)ту, а выступы каждого ряда сдвинуты Относительно выступов соседнего ряда участка церемешивация на половину длины выступов. вид сверху; на фиг. 7цолупроцицаемая пластина с выступами, выполненными в виде тел, имеющих форму параллелепипеда с закругленными вертикальными ребрами, ца 5 фиг. 8 -- фрагмент поверхности пластины.изображенной ца фиг. 1, вид сверху,Массообменное устройство содержит набор полупроницаемых пластин 1 с одинаковыми выступами 2 на одной стороне пластиць 1)расположеннь 1 мц перпендикулярно направлению потоков и контактирук)гцими со с межцыми пластинами, коллекторцые системы лля крови и обменной среды, вклкгчаю 1 цие штуцера 3 и 4 для ввода и вывода крови соответственно, штуцера 5 и 6 для ввода 1 ц вывода обменной среды соответственно,соосные отверстия 7 в пластинах, пазы 8 клиновидной форх 1 ь в пластицах, приспособления для герметизации в виде крышек 9, зажимаюгцих набор 1 ц)лупроцицаелых пластин 1, стяжек 10 и периферийных ) частков 1 гермстиза 1 гии ца пластинах . Г)ластиныв 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 Й 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 Ь 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 Ь 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 Ь между смежными пластинами 1 в наборе на плоских участках2. При Ь)Ь 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, ;-об 5 О г 5 20 25 ЭО 35 40 45 50 55 разную форму с закругленными кромками и образованных каждое стойкой 15 и двумя полками 16. Выступы 2 расположены на поверхности пластиныпараллельными ряда.ми 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 Ь между смежными пластинами 1 в наборе на плоскихчастках. При ф)Ь менее чем в 10 раз и )Ь менее чем в два раза недопустимо возрастает гидравлическое сопротивление устройства. При а)Ь более чем в 50 раз и Ь Ь 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 1 каждого выступа в два - три раза превышает расстояние 1 между выступами в соседних рядах участка перемешивания. Расстояние 1 между соседними выступами в ряду в 5 - 10 раз превышает их высоту Ь. Выступы каждого ряда сдвинуты относительно выступов соседнего ряда участка перемешивания на половину длины 1 выступов. Такая совокупность размеров выступов и их взаимного расположения на участке перемешивания обеспечивает возникновение вторичных потоков (фиг. 8). Превышение длинывыступов над расстоянием 1 между выступами в соседних рядах участка перемешивания в два в т раза необходимо для создания препятствия для потока крови после прохода его через зазор между выступами одного ряда. При 1)Ь менее чем в пять раз резко возрастает гидравлическое сопротивление устройства, а при 1)Ь 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, распреде 1228866ляется по каналам на поверхности пластины 1, образованным выступами 2, проходит последовательно по каналам участков перемешивания и плоским участкам 12 на пластине 1, собирается в клиновидных пазах на противоположных сторонах пластин и выводится через соосные отверстия и шту цер 4.Обменная среда выводится через штуцер 5, проходит по аналогичным коллекторным системам, участкам перемешивания и плоским участкам пластин, смежных с пластинами для крови, и выводится чере: штуцер 6. При движении потоков по пластинам происходит переход через пластину компо. нентов из крови в обменную среду или на оборот.Предлагаемое устройство вьшолненс с полупроницаемыми пластинами из пористого фторопласта с суммарной площадью обменной поверхности 0,5 м и испытано В экспегриментах на животных при подключении его в систему искусственного кровообргцення в качестве оксигенатора.Пластины (фиг, 3 и 4) имеют толщину 0,5 мм и следующие размеры: Ь = 0,13 мм; Н = 0,4 ммС:= 2,0 - 2,3 мм; Ь = 8 мм. На поверхности пластины выполнено 10 плоских участков. Первичный объем заполнения кровью 65 мл, сопротивление потоку крови не вьппе 6,5 кПВ/л. При расходе крови вл/мин на выходе устройства рО. == 14 16 кПа, рСО 2 = 3,9 - 4,3 кПа. Гемо из кровя за 12 ч работы не превышает 6 - 10 мгЯ (в известном устройстве 200). Съем кслорода с 1 м обменной поверхности более чем в два раза превышает этот параметр известного устройства при одинаковой скорости кровотока 1,0 л/мин,Пластины (фиг. 5 и 6) имеют толщину 1,0 мм и следующие размеры: Ь = 0,25 мм; Н = - 0,6 мм:, д = - 2,5 мм; т",= - 0,5 мм. На поверхности пластин вьполнено по восемь рядов выступов. Расход крови, при котором устройство обеспечивает достаточное насыщение венозной крови кислородом (рО. не менее 13,3 кПа), составляет 1,5 л/мин. Рас:од кислорода в этом случае 3 -4 л/мин..1 рсдлагаемос устройство гозволяет по-ить вьк:окую эффективность оксигенации ;рсви на един 1 цу площади обменной поверхОст., которая в свою очередь позволяет з условиях проведенных испытаний созда:;:ь поток крови из расчета 3 л/мин на 1 м ос.ае ВОЙ поверхности, что свидетельствует о супественном повышении эффективности массоубмена по с". авнс нию с известным уст; ьсл)эоа г и" аемом устройстве .: г. Ощадьо Обменной г:оверх,-остк5 1- сост.- Вляст 85 ь./мин при скорости кровоОка 1,5 лмин. ). емолиз кроВи за 6 ч .аб,:;ть е Гревыцает 6 - 9 мГ,гд.Пластины (фиг. ( и 8) име:от толщину- , и след,Оци: размсры:= - 0,25 мм,ми2 мм На поверх. Ости влас си Вьполнено 10частков переИешиваьия О дв ряда Выступовкаждом участке. Пр расходе крови 1- - 1,5 л/мин ;арциальное давлеие кислорода на выходе крови яз стройства не менее 13,3 кПа. -; извсстно:ус; ройстве уровень рО, = -= 3,3 кПа достигается только пря потоках ; и-. , 6. 0 7Предлагаемое стройстпо, таким Об азом, Оосге-янае 1 окс генацию в 1,5- -2 раз бо Впего огока крОВи, чем известное, при тойе Обманно поверхности и величине . Смолиза, не Йоль сй. чем в извес:Бом ъстОйств.,гС П(уг д КабановКорректор М. СамборскаяПодписноекомитета СССРи открытийская наб., д. 4(5од, ул. Проектная, 4 Составитель О угир Техред И. Веоес Тираж 660 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж в -35, Рауш илиал ППП к Патент, г Ужгор