Módulo de fibra hueca entrelazada tridimensional para procesos de intercambio de sustancias y energía.

Haz de fibras huecas para su inclusiOn en un dispositivo de intercambio de sustancias,

caracterizado por el hecho de que el haz de fibras huecas (1) comprende una pluralidad de hilos de fibras huecas (10a, 10b, 10c) orientados sustancialmente, al menos localmente, a lo largo de una direccion preferida, para un intercambio de sustancias y opcionalmente un intercambio de calor, que se disponen entre si, en cuanto a sus direcciones preferidas (V1, V2, V3) locales, de tal manera que al menos un primer grupo de hilos de fibras huecas (10a) este orientado sustancialmente en una primera direcciOn preferida (V1), al menos un segundo grupo de hilos de fibres huecas (10b) este orientado sustancialmente en una segunda direcci6n preferida (V2) y al menos un tercer grupo de hilos de fibres huecas (10c) este orientado sustancialmente en una tercera direccion preferida (V3), en el que las tres direcciones preferidas (V1, V2, V3) son independientes entre si, en el que el haz de fibres huecas comprende exactamente ties grupos de hilos de fibras huecas (10c 10a, 10b), orientados cada uno en una direcci6n preferida (V1, V2, V3), que es independiente de las otras direcciones preferidas (V1, V2, V3), caracterizado por el hecho de que exactamente las ties direcciones preferidas (V1, V2, V3) esten dispuestas sustancialmente perpendiculares entre si.

Modulo de fibra hueca entrelazada tridimensional para procesos de intercambio de sustancias y energia

La invenciOn se refiere a un haz de fibres huecas para su inclusion en un dispositivo de intercambio de sustancias segOn el preambulo de la reivindicacion 1, y un dispositivo de intercambio de sustancias para recibir at menos

uno de tales haces de fibras huecas, asi como un metodo para la fabricaciOn de un haz de fibras huecas para su inclusion en un dispositivo de intercambio de sustancias segan el preambulo de la reivindicacion 11.

El campo de aplicacion de los dispositivos de intercambio de sustancias va desde las aplicaciones industriales generates de la quimica o la fisica a las aplicaciones en la tecnologia medica. Los dispositivos de intercambio de sustancias se refieren, en el sentido de la presente invencion, at intercambio de una sustancia, que puede estar en fase gaseosa o liquida, entre la primera fase y una segunda fase separada de aquella por una membrana permeable. Aqui, el intercambio de sustancias se debe a una concentración o diferencia de presión entre la primera y la segunda fase. Dependiendo de la sustancia o sustancias o cada fase en la que estas sustancias ester' presentes que se quieran intercambiar, el diserio de la membrana requiere requisitos tecnicos

basicos para poder garantizar un intercambio de sustancias deseado.

Aunque la presente invencion no se limita a aplicaciones medicas, esta se considerara en lo sucesivo principalmente para una aplicacion medic.% en base a la cual se explican los principios esenciales de la invenciOn.

En aplicaciones medicas, el intercambio de sustancias se utiliza, por lo general, para la eliminacion de sustancias perjudiciales para la salud del cuerpo del paciente, o la transferencia de sustancias beneficiosas o vitales para la salud en el cuerpo del paciente prioritariamente. Asi, mediante la hemodialisis, lo que se desea es limpiar la sangre de un paciente de sustancias de descomposiciOn o toxinas peligrosas para la salud. En el caso de oxigenadores, lo prioritario es, por un lado, suministrar suficiente oxigeno a la sangre de un paciente y, por el

otro lado, limpiar tambien la sangre del anhidrido carbonic° producido. Se pueden realizar otros dispositivos de intercambio de sustancias tipicos de la medicina, por ejemplo, para la separaciOn de plasma (separaciOn de la sangre) o en órganos hibridos, como el higado artificial.

Si se produce un intercambio de sustancias entre la sangre de un paciente y otra fase de transferencia, como una mezcla de gas con oxigeno, hay que garantizar que la sangre del paciente sea tratada adecuadamente, es decir, que se produzca un intercambio de sustancias suficiente. En los oxigenadores, por lo tanto, es importante asegurarse de que se introduzca suficiente oxigeno de la fase de intercambio a traves de la membrana en la sangre del paciente. Tambien hay que tener en cuenta que se elimine el anhidrido carb6nico producido en

cantidades suficientes de la sangre del paciente. Dependiendo de la cantidad de intercambio de sustancias, se

puede utilizar oxigenadores sOlo para apoyar la función pulmonar natural o para sustituirla completamente. A este respecto, es posible, por ejemplo, proporcionar oxigenadores tanto externos como internos en el torrente sanguineo de un paciente para reemplazar su funcion pulmonar durante una intervencion quirurgica.

Dependiendo de los requisitos, las membranas correspondientes presentan propiedades de materiales y geometrias especificas para permitir el intercambio de sustancias deseado. Muchos dispositivos de intercambio de sustancias nnodernos en medicina utilizan membranas de fibras huecas, cuyas paredes de las fibras tienen una permeabilidad predeterminada para el material que va a ser transferido. Tales membranas se pueden hacer de plasticos polimericos adecuados asi como polipropilenos polimericos, polimetilpentenos polimericos o tambien de silicone. Asi, segOn el estado de la tecnica, se combina una pluralidad de fibres huecas alineadas en paralelo normalmente en un tejido, con el tin de obtener una superficie de transferencia total superior. Estos tejidos pueden ser utilizados de una manera sencilla y en varies capas. En una capa con una pluralidad de tejidos, se preve normalmente la observancia de un cierto angulo de divergencia de los ejes de extension longitudinal de las fibras huecas de los distintos tejidos unos con respecto de los otros, para evitar el deslizamiento de las fibras huecas individuales una dentro de la otra. En un oxigenador estas capas de tejidos se disponen sustancialmente en forma de un cilindro hueco para que la sangre, que fluye en la direcciOn radial de dicho cilindro, at pasar a traves de las fibras huecas individuales sea sometida a un intercambio de sustancias. En la patente EP 0621047 B1, se hace referencia a una tecnica representative de esta tecnologia, ampliamente utilizada en medicina, en la que se describen unas fibres huecas extendidas en tejidos dobles cruzados de fibras huecas, teniendo cada uno una

pluralidad de fibras huecas dispuestas en paralelo. Las fibras huecas de un tejido de fibras huecas se cosen juntas,

en este caso con urdimbres paralelas perpendiculares at eje longitudinal de la extensiOn de las fibras huecas individuales de un tejido de fibras huecas, con el fin de limiter el movimiento relativo de las fibres huecas individuales entre si. La orientacion de las fibras huecas del primer tejido de fibras huecas con respecto at segundo tejido de fibres huecas se realize, por ejemplo, en un angulo de 22°. Ademas, los tejidos individuates de fibras huecas se superponen, y en su caso, se enrollan, para formar un haz, en el que los extremos de las fibras huecas

son embebidos por medio de una resina en un tubo para fijarlas de ese nnodo.

Como disposiciones de fibras huecas conocidas, hay que sefialar, por otra parte, las que se indican en las publicaciones EP 1 360 984 A2, JP 2002833 A, DE 24 26 591 Al y CA 1 094 462 Al, que describen disposiciones de fibres huecas bidimensionales, cuyas fibres pueden realizarse tambien parcialmente como hilos retorcidos.

Ademas de las limitaciones geometricas, los dispositivos de intercambio de sustancias tienen que satisfacer

normalmente una variedad de requisitos de prestaciones, que surgen de los problemas de seguridad de la atencion al paciente, asi como de las consideraciones medicas. Aqui se debe observer el volumen de Ilenado de sangre asi como una caida de presion en el lado de la fase de transferencia (tal como un gas con oxigeno en un oxigenador) , asi como en la fase del lado de la sangre, la tension de cizallamiento de las celulas de la sangre, asi como las propiedades de la superficie de la membrana y los efectos de la superficie superior en la interacción con la sangre.

Para considerar la variedad de influencias, se proponen soluciones en tecnologia medica que siempre intentan conseguir una mejora en el cumplimiento de ciertos requisitos, a expensas de un deterioro en el cumplimiento de otros requisitos. Unos parametros importantes para la eficiencia, y por lo tanto para la cantidad de material transferido en un dispositivo de intercambio de sustancias, son tambien las temperaturas locales y las diferencias locales de temperatura entre la fase sanguinea y la fase de intercambio. Asi, los oxigenadores modernos

comprenden, pot ejemplo, intercambiadores de calor integrados, que deben compensar en gran parte, utilizando materiales termicamente conductores disefiados en forma de place, las diferencias de temperatura dentro del dispositivo de intercambio de sustancias durante el intercambio de sustancias.

Con el fin de mejorar el intercambio de sustancias en los dispositivos de intercambio de sustancias, en particular, el intercambio de oxigeno en el oxigenador, se puede utilizer la siguiente ecuación 1 para la descripcion 20 matematica de la tasa de intercambio de gas en el oxigenador.

dV/dt = K • A • Apin (1)

Aqui, dV/dt es la tasa de intercambio de gas entre la fase de intercambio en forma de gas dentro de las fibras huecas y la fase sanguinea fuera de las fibres huecas. La tasa de intercambio de gas dV/dt se calcula aqui como el producto de un coeficiente de intercambio de sustancias (K) , el tamafio de la superficie de la membrana

(A) y la media logaritmica de la presión parcial de gas (AP) , que es la fuerza de impulsiOn del intercambio de sustancias. El coeficiente global de intercambio de sustancias K puede describirse como una funciOn, que no se ejecutara aqui, de los coeficientes de intercambio de sustancias individuales para el gas en la fase gaseosa, la membrana y la fase sanguinea.

A partir de la ecuacion... [Seguir leyendo]

1. Haz de fibras huecas para su inclusiOn en un dispositivo de intercambio de sustancias, caracterizado por el hecho de que el haz de fibras huecas (1) comprende una pluralidad de hilos de fibras huecas (10a, 10b, 10c) orientados sustancialmente, al menos localmente, a lo largo de una direccion preferida, para un intercambio de 5 sustancias y opcionalmente un intercambio de calor, que se disponen entre si, en cuanto a sus direcciones preferidas (V1, V2, V3) locales, de tal manera que al menos un primer grupo de hilos de fibras huecas (10a) este orientado sustancialmente en una primera direcciOn preferida (V1) , al menos un segundo grupo de hilos de fibres huecas (10b) este orientado sustancialmente en una segunda dirección preferida (V2) y al menos un tercer grupo de hilos de fibres huecas (10c) este orientado sustancialmente en una tercera direccion preferida (V3) , en el que

las tres direcciones preferidas (V1, V2, V3) son independientes entre si, en el que el haz de fibres huecas comprende exactamente ties grupos de hilos de fibras huecas (10c 10a, 10b) , orientados cada uno en una dirección preferida (V1, V2, V3) , que es independiente de las otras direcciones preferidas (V1, V2, V3) , caracterizado por el hecho de que exactamente las ties direcciones preferidas (V1, V2, V3) esten dispuestas sustancialmente perpendiculares entre si.

2. Haz de fibras huecas segUn la reivindicacion 1, caracterizado por el hecho de que al menos uno de los hilos de fibras huecas (10a, 10b, 10c) se compone de una pluralidad de fibras huecas (11) .

3. Haz de fibres huecas segOn la reivindicaciOn 2, caracterizado por el hecho de que la pluralidad de fibras huecas

(11) del al menos un hilo de fibras huecas (10a, 10b, 10c) ester) entrelazadas.

4. Haz de fibres huecas segim la reivindicaciOn 3, caracterizado por el hecho de que el al menos un hilo de fibras

huecas (10) este conectado con respecto a al menos otro hilo de fibres huecas (10b) en el haz de fibres huecas (1) para un intercambio de sustancias o intercambio de calor y sustancias con una pluralidad de fibras huecas (11) , que ester' entrelazadas.

5. Haz de fibras huecas segen una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que

el primer grupo de hilos de fibres huecas (10a) , el segundo grupo de hilos de fibres huecas (10b) y el tercer grupo 25 dehilos de fibres huecas (10 c) ester) entrelazados.

6. Haz de fibres huecas segiin una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 anteriores, caracterizado por el hecho de que el entrelazado de los hilos de fibres huecas (10a, 10b, 10c) forma una estructura regular.

7. Haz de fibres huecas segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el primer grupo de hilos de fibres huecas (10a) y el segundo grupo de hilos de fibras huecas (10b) se proporcionan

para un intercambio de sustancia y el tercer grupo de hilos de fibres huecas (10c) se proporciona para el intercambio de calor.

8. Haz de fibras huecas segOn una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el primer grupo de hilos de fibras huecas (10a) y el segundo grupo de hilos de fibres huecas (10b) forman, sustancialmente a lo largo de la direcciOn preferida del tercer grupo de hilos de fibras huecas (10c) , un canal o

varios canales (20) .

9. Haz de fibras huecas segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que las fibras huecas (11) de al menos un hilo de fibres huecas (10a, 10b, 10c) se colocan, al menos parcialmente, a traves de los agujeros de uno o mas discos perforados (31) .

10. Dispositivo de intercambio de sustancias con al menos un haz de fibres huecas, caracterizado por el hecho de 40 queal menos un haz de fibres huecas (1) este formado segiin una de las reivindicaciones anteriores.

11. Metodo para fabricar un haz de fibres huecas (1) segOn una de fas reivindicaciones anteriores, caracterizado por las siguientes etapas:

- preparaciOn de al menos una pluralidad de fibras huecas (11) , que esten formadas para el intercambio de calor o el intercambio de sustancias y calor;

-disposicion de al menos una pluralidad de dichas fibres huecas (11) en al nnenos un hilo de fibres huecas (10a, 10b, 10c) mediante entrelazado.

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