CN100472170C - 热交换器及其制造方法和人工心肺装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的热交换器包括:第1流体得以通过的多根管体(1),收纳管体(1)的罩体(2),以及用于密封流过管体(1)的表面的第2流体的密封构件。其中,在罩体(2)上,设置有导入第2流体的导入口(4)以及将其排出的第1排出口(5)和第2排出口(6);密封构件的构成是:位于多根管体(1)的一个端部侧的第1密封构件(3a),位于另一个端部侧的第2密封构件(3b),以及位于第1密封构件(3a)和第2密封构件(3b)之间的第3密封构件(3c)。另外,第3密封构件(3c)被设计成在其与第1以及第2密封构件之间产生间隙(7),并形成第2流体的流道。第2排出口(6)被设计为与间隙(7)相连通。
Description
技术领域
本发明涉及热交换器、特别是人工心肺装置等医疗设备所使用的热交换器及其制造方法和使用该热交换器的人工心肺装置。
背景技术
为了在心脏手术中使患者的心脏停止,并在手术期间代行呼吸与循环功能,一般使用人工心肺装置。另外,为了在手术中减少患者的氧消耗量,需要降低并维持患者的体温。因此,在人工心肺装置中,为控制从患者身上取出的血液的温度而具有热交换器。
作为这样的医疗用热交换器,以前为人所知的有波纹管方式的热交换器(例如参照非专利文献1)和多管方式的热交换器(例如参照专利文献1)。其中,多管方式的热交换器的优点是:如果将其装置容积设定为与波纹管方式的热交换器相同,则可以获得更多的热交换面积,所以热交换效率比波纹管方式的热交换器高。为此,当采用多管方式的热交换器时,一般认为可以对人工心肺装置的小型化做出贡献。
在此,参照图10和图11就以前的多管方式的热交换器进行具体的说明。图10是表示以前的多管式热交换器的图,图10(a)是俯视图,图10(b)是主视图。图11是表示构成图10所示的以前的多管方式热交换器的管体以及密封构件的立体图。另外,图10所示的热交换器为医疗用热交换器。
如图10以及图11所示,以前的多管方式的热交换器包括:使从患者身上取出的血液在内部流动的多根管体31,收纳管体31的罩体32,密封构件33a以及33b。密封构件33a以及33b各自设置在多根管体31的端部,对流过管体31表面的低温水(热介质)进行密封。另外,多根管体31通过密封构件33a以及33b固定在罩体32内。如图10以及图11所示,为提高热交换效率,多根管体31以等间距规整地排列着。此外,图10(a)中的箭头表示血液的流动方向,图10(b)中的箭头表示低温水的流动方向。
罩体32内的密封构件33a与密封构件33b之间的空间成为低温水的流道。另外,密封构件33a以及33b以密合的方式形成于罩体32的内表面以及多根管体31的外表面,为此对流过流道的低温水进行密封。罩体32与低温水的流道的开口相匹配,这样便形成低温水的导入口34和排出口35。
因此,在图10以及图11所示的热交换器中,如果使血液在各管体31内流动,并从导入口34流过低温水,则在血液和低温水之间,通过管体31的管壁进行热交换,从而血液的温度得以调整。另外,多根管体31的血液出口侧的开口与人工肺(图中未示出)进行连接,从而温度得以调整的血液被送往人工肺。在人工肺中,针对血液进行氧的添加和二氧化碳的排出。
另外,图10以及图11所示的热交换器按以下的工艺步骤进行制作。首先,准备设置有多个贯通孔的平板(图中未示出),将管体31插入平板的各贯通孔(图中未示出)内。其次,在该状态下将多根管体31收纳在罩体32内,并进行第一次的浇注封装(potting)。再者,在取下平板的状态下进行第二次的浇注封装,由此完成密封构件33a以及33b的制作,从而获得图10以及图11所示的多管方式的热交换器。
专利文献1:特开平11-47269号公报(图4、图10)
非专利文献1:《TRILIUM AFFINITY NT Oxygenator》Medtronic,2000年,美国
然而,上述图10以及图11所示的多管方式的热交换器与波纹管方式的热交换器相比,虽具有热交换效率高的优点,但正如上面所叙述的那样,需要以等间距并规整地排列多根管体31,因而存在的问题是:制作中需要耗费大量的工时,与波纹管方式的热交换器相比,其制造成本上升。这样的热交换器的成本的增加成为人工心肺装置成本上扬的原因,进而导致医疗费用的上升,增大患者的负担。
另外,在上述图10以及图11所示的多管方式的热交换器中,低温水(热介质)的压力通常比血液的压力高。为此,一旦密封构件33a以及33b产生密封泄漏,低温水往往侵入与管体31的血液出口侧的开口连接的人工肺(图中未示出)中而污染血液。
发明内容
本发明的目的在于提供一种上述问题得以解决的热交换器,其可以抑制流过管体内部的流体或流过管体表面的流体因密封泄漏而受到的污染,而且提供一种可以谋求制造成本得以降低的热交换器的制造方法。
为达到上述目的,本发明的热交换器的特征在于,其至少包括:第1流体得以通过的多根管体,收纳所述管体的罩体,以及用于密封流过所述多根管体表面的第2流体的密封构件;所述罩体包括:用于将所述第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于从所述罩体排出所述第2流体的第1排出口和第2排出口;所述多根管体相互平行地配置在所述罩体内;所述密封构件包括:位于所述多根管体的一个端部侧的第1密封构件,位于另一个端部侧的第2密封构件,以及位于所述第1密封构件和所述第2密封构件之间的第3密封构件;所述第3密封构件被设计成在其与所述第1密封构件之间、以及在其与所述第2密封构件之间产生间隙,而且形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述第1排出口的流道;所述第2排出口以与所述间隙连通的方式设置在所述罩体上。
另外,为达到上述目的,本发明涉及一种热交换器的制造方法,其中所述热交换器包括第1流体得以通过的多根管体和筒状的罩体;而且在所述罩体的侧壁上形成有:用于将第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于排出所述第2流体的排出口;所述制造方法的特征在于,其至少包括下列工序:(a)工序,其隔开间隔地并列配置所述多根管体,使各管体的中心轴位于同一平面上;(b)工序,其借助于包围整个所述多根管体的带状固定构件,在排列的状态下沿垂直于所述中心轴的方向固定所述多根管体而使之一体化,此时,沿所述中心轴方向隔开间隔至少配置2个所述固定构件,从而形成管体组;(c)工序,其准备多个所述管体组并将它们层叠在一起,此时,使各管体组的所述固定构件同上下与其相邻的其它管体组的所述固定构件在所述中心轴方向进行密合,从而形成热交换模块;(d)工序,其使所述中心轴与所述罩体的纵向轴相一致,并将所述热交换模块收纳在所述罩体内,此时,使各管体组的所述固定构件在所述热交换模块表面露出来的部分密合或粘结于所述罩体的内表面;(e)工序,其在被所述罩体内的所述管体组的所述2个固定构件包围的空间内填充树脂材料,从而形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述排出口的流道,或者在所述罩体的开口与所述各管体组的所述固定构件之间的所述管体间的间隙内填充树脂材料。
再者,为达到上述目的,本发明的人工心肺装置的特征在于:其具有上述本发明的热交换器。
由于具有以上的特征,因而根据本发明,可以提供一种热交换器和人工心肺装置,其可以抑制流过管体内部的流体或流过管体表面的流体因密封泄漏而受到的污染。另外,根据本发明,也提供一种热交换器的制造方法,该方法能够以较低的制造成本生产多管方式的热交换器。
附图说明
图1表示本发明的热交换器的一个实例的构成,图1(a)为俯视图,图1(b)为侧视图,图1(c)为主视图。
图2是表示图1所示的热交换器的罩体内部且用局部剖面表示的立体图。
图3表示构成热交换模块的管体组,图3(a)为俯视图,图3(b)为主视图,图3(c)为立体图。
图4是表示热交换模块的图,图4(a)为俯视图,图4(b)为主视图,图4(c)为立体图。
图5是表示罩体的分解立体图。
图6是表示在图5所示的罩体上配置图4所示的热交换模块之状态的图,图6(a)为俯视图,图6(b)为主视图,图6(c)为立体图。
图7是表示为形成密封构件而在夹具上安装罩体之状态的俯视图。
图8是表示密封构件的形成工序的剖面图。
图9是表示本发明的人工心肺装置的一个实例之构成的剖面图。
图10是表示以前的多管式热交换器的图,图10(a)为俯视图,图10(b)为主视图。
图11是表示构成图10所示的以前的多管方式热交换器的管体以及密封构件的立体图。
具体实施方式
本发明的热交换器的特征在于,其至少包括:第1流体得以通过的多根管体,收纳所述管体的罩体,以及用于密封流过所述多根管体表面的第2流体的密封构件;所述罩体包括:用于将所述第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于从所述罩体排出所述第2流体的第1排出口和第2排出口;所述多根管体相互平行地配置在所述罩体内;所述密封构件包括:位于所述多根管体的一个端部侧的第1密封构件,位于另一个端部侧的第2密封构件,以及位于所述第1密封构件和所述第2密封构件之间的第3密封构件;所述第3密封构件被设计成在其与所述第1密封构件之间、以及在其与所述第2密封构件之间产生间隙,而且形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述第1排出口的流道;所述第2排出口以与所述间隙连通的方式设置在所述罩体上。另外,本发明的人工心肺装置的特征在于:其具有上述本发明的热交换器。
上述本发明的热交换器优选的方案是:所述第2流体的所述流道形成为圆柱状,所述导入口以及所述第1排出口形成为圆形状,所述第2流体的所述流道的开口与所述导入口以及所述第1排出口相匹配。
另外,上述本发明的热交换器优选的方案是:对所述多根管体进行配置,使得在垂直于管体中心轴方向的断面中,连接相互邻接的三根管体的断面中心而得到的图形成为正三角形。
上述本发明的热交换器优选的是:通过所述流道的第2流体为血液,该热交换器构成人工心肺装置的一部分。
本发明涉及一种热交换器的制造方法,其中所述热交换器包括第1流体得以通过的多根管体和筒状的罩体;而且在所述罩体的侧壁上形成有:用于将第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于排出所述第2流体的排出口;所述制造方法的特征在于,其至少包括下列工序:(a)工序,其隔开间隔地并列配置所述多根管体,使各管体的中心轴位于同一平面上;(b)工序,其借助于包围整个所述多根管体的带状固定构件,在排列的状态下沿垂直于所述中心轴的方向固定所述多根管体而使之一体化,此时,沿所述中心轴方向隔开间隔至少配置2个所述固定构件,从而形成管体组;(c)工序,其准备多个所述管体组并将它们层叠在一起,此时,使各管体组的所述固定构件同上下与其相邻的其它管体组的所述固定构件在所述中心轴方向进行密合,从而形成热交换模块;(d)工序,其使所述中心轴与所述罩体的纵向轴相一致,并将所述热交换模块收纳在所述罩体内,此时,使各管体组的所述固定构件在所述热交换模块表面露出来的部分密合或粘结于所述罩体的内表面;(e)工序,其在被所述罩体内的所述管体组的所述2个固定构件包围的空间内填充树脂材料,从而形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述排出口的流道,或者在所述罩体的开口与所述各管体组的所述固定构件之间的所述管体间的间隙内填充树脂材料。
上述本发明的热交换器的制造方法优选的方案是:在所述(b)工序中,沿所述中心轴方向隔开间隔配置4个所述各管体组的所述固定构件,而且对其中位于内侧的2个固定构件进行配置,使得所述导入口以及所述排出口能够处在所述2个固定构件之间;在所述(e)工序中,在被所述罩体内的所述管体组的位于所述内侧的2个固定构件包围的空间内填充树脂材料,从而形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述排出口的流道,进而在所述罩体的一侧的开口与所述各管体组的位于所述一侧的外侧的固定构件之间的所述管体间的间隙内、以及在另一侧的开口与位于所述另一侧的外侧的固定构件之间的所述管体间的间隙内填充树脂材料。
上述方案优选的是:所述导入口以及所述排出口在相互对置的位置形成为圆形状;在所述(e)工序中,一边以通过所述导入口的中心和所述排出口的中心的轴为中心而使所述罩体旋转,一边向被所述罩体内的所述管体组的位于所述内侧的2个固定构件所包围的空间内进行所述树脂材料的填充。
上述本发明的热交换器的制造方法优选的是:在所述(c)工序中,进行多个所述管体组的层叠,使得在垂直于所述多根管体的轴向的断面中,连接所述各管体组的所述多根管体各自的断面中心、和最靠近该管体的上层和下层的其它管体组的2根管体的断面中心而得到的图形成为正三角形。
上述本发明的热交换器的制造方法优选的是:所述(a)工序以及所述(b)工序使用上模以及下模来进行,其中上模以及下模形成有可以配置所述多根管体的多条第1槽和垂直交叉于所述多条第1槽的第2槽;在所述(a)工序中,所述多根管体的排列通过分别在所述上模或所述下模的任意一个上形成的所述多条第1槽上配置所述多根管体来进行;在所述(b)工序中,借助于所述固定构件实现的所述一体化是采用如下的方法来进行的,将所述上模和所述下模接合在一起,向由所述上模以及所述下模的所述第2槽形成的空间内注射树脂材料,从而注射成型为所述固定构件。
上述本发明的热交换器的制造方法优选的是:所述(b)工序所使用的用于注射成型所述固定构件的所述树脂材料为聚碳酸酯树脂或聚氯乙烯树脂;所述(e)工序所使用的所述树脂材料为聚氨脂树脂或环氧树脂。
下面利用附图就本发明的热交换器以及热交换器的制造方法的一个实例进行说明。此外,本发明的热交换器以及热交换器的制造方法一点也不局限于以下的实例。首先利用图1和图2就本发明的热交换器的结构的一个实例进行说明。
图1表示本发明的热交换器的一个实例的结构,图1(a)为俯视图,图1(b)为侧视图,图1(c)为主视图。图2是表示图1所示的热交换器的罩体内部且用局部剖面表示的立体图。
如图1所示,本实施方案的热交换器包括:第1流体得以通过的多根管体1,收纳管体1的罩体2,以及用于密封流过多根管体1的表面的第2流体的密封构件3a~3c。
如图1以及图2所示,多根管体1互相平行地配置在罩体2内。在图1以及图2的实例中,多根管体1配置成立体的形状。具体地说,对多根管体1进行配置,使得在垂直于管体1的中心轴方向的断面中,连接相互邻接的三根管体1的断面中心而得到的图形成为正三角形,即对于上层的管体1的列和在其下层与之邻接的管体1的列,各管体1沿上下方向没有排成一列(参照图1(b))。
此外,在本发明中,多根管体1的配置并不局限于图1以及图2所示的实例。例如也可以是如下的配置方案:其使得在垂直于管体1的中心轴方向的断面中,多根管体1的断面排成行列状,即对于上层的管体1的列和在其下层与之邻接的管体1的列,各管体1沿上下方向排成一列。然而,从提高热交换效率的角度考虑,优选如图1以及图2所示的那样对多根管体1进行配置,从而使得对于上层的管体1的列和在其下层与之邻接的管体1的列,各管体1沿上下方向没有排成一列。
在罩体2上,设置有用于将第2流体导入罩体内的导入口4以及用于从罩体排出第2流体的第1排出口5。另外,导入口4成为后述第2流体的流道8的入口,第1排出口5成为后述第2流体的流道8的出口。
此外,在图1的实例中,罩体2的断面形成为矩形的筒状,导入口4和排出口5分别设置在与罩体对置的侧壁上。另外,导入口4以及第1排出口5与流道8的开口相匹配。另外,本说明书中的所谓“导入口4以及第1排出口5与流道8的开口相匹配”不限于导入口4以及第1排出口5与流道8的开口相一致的情况,也可以是导入口4以及第1排出口5与流道8的开口连通的情况。
本发明的罩体2的断面形状并不局限于图1所示的矩形,而是可以根据多根管体1的排列进行适当的设定。罩体2的断面也可以呈矩形以外的多边形或圆形。另外,形成导入口4以及第1排出口5的位置并没有特别的限定。但是,从提高热交换效率的角度考虑,优选如图1以及图2所示的那样在与罩体2相对置的位置形成导入口4以及第1排出口5。
另外,如图2所示,密封构件包括:位于多根管体1的一个端部侧的第1密封构件3a,位于另一个端部侧的第2密封构件3b,以及位于第1密封构件3a和第2密封构件3b之间的第3密封构件3c。第1密封构件3a、第2密封构件3b以及第3密封构件3c进行管体1之间的密封。
另外,第3密封构件3c被设计成在其与第1密封构件3a之间、以及在其与第2密封构件3b之间产生间隙7。另外,由图1可知:由第3密封构件3c形成了将从导入口4导入罩体2内的第2流体导向第1排出口5的流道8。第3密封构件3c作为第2流体的密封而发挥作用。另外,第2排出口6以与所述间隙7连通的方式设置在罩体7上(参照图1(b))。
这样一来,在图1所示的本发明的热交换器中,分别设置着位于多根管体1的端部的密封构件(第1密封构件3a以及第2密封构件3b)、和形成第2流体的流道8的密封构件(第3密封构件3c)。另外,在第1密封构件3a与第2流体的流道8之间、第2密封构件3b与第2流体的流道8之间形成有间隙7。
为此,例如在第2流体因第3密封构件3c的密封泄漏而泄漏的情况下,泄漏的第2流体暂时积存在间隙7内,此后从第2排出口6往热交换器的外部排出。另外,在第1流体因第1密封构件3a或第2密封构件3b的密封泄漏而泄漏的情况下,泄漏的第1流体暂时积存在间隙7内,此后从第2排出口6往热交换器的外部排出。
也就是说,在图1所示的实例的热交换器中,设置有安全机构用以抑制流过管体1的第1流体向流道8的侵入或者流过流道8的第2流体向管体1的侵入。另外,通过监测从第2排出口6的流体的排出,也可以进行密封泄漏的检测。再者,通过研究此时排出的流体,也可以知道哪一个密封构件产生了密封泄漏。
在此,就图1所示的热交换器适用人工心肺装置的情况进行研究。首先,就管体1内流过低温水、流道8流过血液的实例进行研究。在该实例中,当第1密封构件3a、第2密封构件3b以及第3密封构件3c产生密封泄漏时,由于低温水的压力较高,因而低温水向流道8流出。然而在此情况下,从第1密封构件3a或第2密封构件3b泄漏出来的低温水暂时积存在间隙7内,此后从第2排出口6往热交换器的外部排出。为此,可以检测密封泄漏,还可以抑制在背景技术中叙述的血液污染的发生。
另外,在这样的流道8流过血液的方案中,正如图1以及图2的实例所示的那样,流道8的断面形状、和导入口4以及第1排出口5的形状优选设定为圆形状。这是因为:通过形成为圆形状,在流道8、导入口4以及第1排出口5可以抑制血栓的发生。此外,在本发明中,流道8的断面形状、导入口4以及第1排出口5的形状也可以形成为矩形、或其它多边形。
其次,就如下的实例进行研究,该实例与图10以及图11所示的以前的热交换器同样,使血液在管体1内流动,使低温水在流道8内流动。即使在该实例中,因为低温水的压力较高,所以一旦第1密封构件3a、第2密封构件3b以及第3密封构件3c产生密封泄漏,就会有低温水的流出。在该实例中,低温水朝着管体1的血液入口测的开口或与管体1的出口侧连接的人工肺而流出。但在这种情况下,从第3密封构件3c中泄漏出来的低温水也暂时积存在间隙7内,然后从第2排出口6向热交换器的外部排出。因此,即使在该实例中,也可以检测密封泄漏,以及可以抑制背景技术中所述的血液污染的发生。
这样一来,如果将图1所示的热交换器适用于人工心肺装置,则可以检测因密封泄漏而引起的低温水的流出。另外,与图10以及图11所示的以前的热交换器相比,可以将血液受到污染的可能性降低至极小。
下面使用图3~图8就本发明的热交换器的制造方法的一个实例进行说明。此外,由以下所示的制造方法得到的热交换器与图1以及图2所示的热交换器一样,包括第1流体得以通过的多根管体1、筒状的罩体2以及密封构件3a~3c。另外,在罩体2的侧壁上形成有:用于将第2流体导入罩体内的导入口4,以及用于排出第2流体的第1排出口5。再者,密封构件由间隔有间隙7而形成的三个密封构件3a~3c构成。另外,在罩体2的侧壁上也形成有与间隙7连通的第2排出口6。
图3表示构成热交换模块的管体组,图3(a)为俯视图,图3(b)为主视图,图3(c)为立体图。图4是表示热交换模块的图,图4(a)为俯视图,图4(b)为主视图,图4(c)为立体图。图5是表示罩体的分解立体图。图6是表示在图5所示的罩体上配置图4所示的热交换模块之状态的图,图6(a)为俯视图,图6(b)为主视图,图6(c)为立体图。图7是表示为形成密封构件而在夹具上安装罩体之状态的俯视图。图8是表示密封构件的形成工序的剖面图。
首先,如图3所示,隔开间隔且并排配置多根管体1,使各管体1的中心轴位于同一平面上。而且采用沿垂直于各管体1的中心轴的方向可包围所有这些管体的带状的固定构件9a~9d,在排列的状态下对多根管体1进行固定并使之一体化。其结果,可以得到管体组10。
在图3的实例中,管体组10的形成是通过使用了上模以及下模(图中未示出)的嵌入成形来进行的。具体地说,上模以及下模各自形成了多条第1槽(图中未示出)和多条第2槽(图中未示出)。
所形成的上模以及下模的第1槽可以配置管体1。另外,上模的第1槽与下模的第1槽在接合上模和下模时相匹配。因此,上模以及下模的任意一方的第1槽各自通过配置管体1而对各管体1进行定位。
所形成的第2槽垂直交叉于第1槽。另外,上模的第2槽与下模的第2槽在接合上模和下模时相匹配,并成为空洞以形成固定构件9a~9d中的任一个。
因此,在图3的实例中,上模或下模的任一个上所形成的多条第1槽各自配置多根管体1,由此进行管体1的排列。另外,使该上模和下模接合在一起,然后向由上模以及下模的第2槽所形成的空间内注射树脂材料以形成固定构件9a~9d,藉此注射成形出固定构件9a~9d。如图3所示,借助该注射成形,多根管体1在排列的状态下相互固定而实现一体化。
此外,作为用于形成固定构件的树脂材料,可以列举出流动性好且成形后的收缩小的注射成形用树脂,例如聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂、聚丙烯树脂、聚氯乙烯树脂等。另外,在这些树脂材料中,可以作为优选的树脂材料举出的是聚碳酸酯树脂或氯乙烯树脂。这是因为:正如后面所叙述的那样(参照图4),本实例在热交换模块的形成中,使上下相互邻接的管体组10的固定构件9a~9d彼此之间密合在一起,而在聚碳酸酯树脂或氯乙烯树脂的情况下,密合是容易进行的。
在图3的实例中,固定构件9a~9d是4个,它们沿着各管体1的中心轴方向以隔开间隔的方式进行配置。另外,由图3(b)可知,在固定构件9a~9d上容易形成后述的热交换模块,因而形成有多个凹部11。另外,可以制作多个图3所示的管体组10。
另外,在图3的实例中,当将后述的热交换模块配置在罩体内时,内侧的固定构件9b和9c被配置成导入口4以及第1排出口5(参照图1和图2)位于其间。也就是说,在图3的实例中,为了使导入口4以及第1排出口5能够位于固定构件9b与9c之间,固定构件9b和9c的间隔被设定为大于导入口4以及第1排出口5的直径。
再者,外侧的固定构件9a与内侧的固定构件9b之间、以及外侧的固定构件9d与内侧的固定构件9c之间形成第1密封构件3a或第2密封构件3b和第3密封构件3c之间的间隙7(参照图1和图2)。因此,固定构件9a和9b的间隔、以及固定构件9c和9d的间隔优选设定为所形成的间隙7可以发挥上述的功能且不会使热交换器大型化的范围。
其次,如图4所示,通过层叠多个管体组10而形成热交换模块12。此时,多个管体组10的层叠是采用如下的方式进行的,即在管体1的中心轴方向使各管体组10的固定构件9a~9d和上下与其邻接的其它管体组10的固定构件9a~9d密合在一起。
具体地说,在图4的实例中,多个管体组10的层叠是采用如下的方式进行的,即各管体组10的固定构件9a和上下邻接的其它管体组10的固定构件9d密合在一起,同样,各管体组10的固定构件9b、9c、9d和上下邻接的其它管体组10的固定构件9c、9b、9a密合在一起。因此,在图4所示的热交换模块12中,各管体组10的管体1的端部全部对齐,而且各管体组10的固定构件9a~9d的侧面位于同一平面内。此外,之所以这样使上下相互邻接的管体组10的固定构件9a~9d彼此之间密合在一起,是为了在后述的通过填充树脂材料进行的密封构件的形成工序(参照图7和图8)中,防止该树脂材料流入间隙7。
另外,在图4的实例中,多个管体组10的层叠是采用如下的方式进行的,即构成各管体组10的管体1与设置在上下相互邻接的其它管体组10的固定构件9a~9d上的凹部11嵌合在一起。其结果,也如图1以及图2所示的那样,在垂直于多根管体1的轴向的断面中,连接各管体组的多根管体1各自的断面中心和与其最靠近的、上层或下层的其它管体组的2根管体的断面中心所得到的图形形成为正三角形。
其次,将图4所示的热交换模块12收纳图5所示的罩体2内。在图5的实例中,罩体2由盖部2a和主体部2b构成。盖部2a的中央部分设有导入口4。另外,主体部2b由相互对置的侧板13a和13b、以及底板13c构成,其断面呈“コ”字形。在底板13c的中央部分设有第1排出口5,在侧板13a和13b上设有第2排出口6。
再者,在形成后述的密封构件时为了填充材料,在盖部2a上形成有注入口14和15,在主体部2b的侧板13a以及13b上形成有空气孔16和17。此外,注入口14和15、空气孔16和17、以及利用它们的材料的填充在后面叙述。
另外,如图6所示,进行热交换模块12往罩体2内的收纳使管体1的中心轴与罩体2的长轴相一致。进而在此时,使各管体组10的固定构件9a~9d露出热交换模块12表面的部分密合或粘结于罩体2的内表面。此外,在图6(a)中,为便于说明,盖部2a用虚线表示。另外,在图6(c)中,罩体2全部用虚线表示。
在图6的实例中,各管体组10的固定构件9a~9d露出热交换模块12表面的部分粘结于罩体2的内表面(盖部2a以及主体部2b的内表面)。作为此时的粘结剂,可以列举出聚氨酯系粘结剂和环氧系粘结剂等。
此外,在本实施方案中,没有必要将固定构件9a~9d露出热交换模块12表面的所有部分密合或粘结于罩体的内表面。露出该表面的部分与罩体2的内表面的密合或粘结只要在后述的通过填充树脂材料进行的密封构件的形成工序(参照图7以及图8)中,于该树脂材料不流入间隙7的范围内进行即可。
其次,如图7以及图8所示,在收纳热交换模块12的罩体2内,填充树脂材料而形成密封构件3a~3c(参照图1以及图2)。具体地说,如图7所示,首先将收纳热交换模块12的罩体2安装在夹具18上。
夹具18由主体板18a、夹入罩体2的两开口的一对压板18b以及18c构成。在压板18b以及18c与罩体2之间设置有密封垫19。为此,可以抑制树脂材料向罩体2的开口外泄漏,进而可以抑制树脂材料侵入各管体1内。此外,25为管,对此将在后面叙述。
另外,夹具18采用可能以通过导入口4的中心和第1排出口5的中心的轴为中心旋转的结构。正如后面所叙述的那样,在使夹具18旋转的同时进行树脂材料的填充。再者,为了防止树脂材料从导入口4的侵入,在罩体2的上表面贴附掩蔽膜(masking)20。其中,在掩蔽膜20上设有孔,以便使注入口14以及15不会堵塞。
其次,如图8所示,将注入罐21安装在罩体2的上表面。在注入罐21上设置有流道24,用于将注入注入罐21内的树脂材料23导入注入口14以及15。此外,22是注入罐的盖。而且在图8中,热交换模块12用侧视图来表示。
另外,由图8可知,图中左侧的注入口15按如下的方式形成,即连通罩体在图中左侧的开口与各管体组10位于图中左侧的外侧的固定构件(9a或9d)之间的管体1间的间隙(以下称之为第1罩体空间)。另一方面,图中右侧的注入口15按如下的方式形成,即连通罩体在图中右侧的开口与各管体组10位于图中右侧的外侧的固定构件(9d或9a)之间的管体1间的间隙(以下称之为第2罩体空间)。再者,注入口14按如下的方式形成,即连通由罩体2内的位于各管体组10内侧的2个固定构件9b以及9c所围成的空间(以下称之为第3罩体空间)。
为此,当往注入罐21内注入树脂材料23时,树脂材料23从注入口14以及15侵入罩体内。此时,如上所述,各管体组10的固定构件9a~9d露出热交换模块12表面的部分粘结于罩体2的内表面。因此,树脂材料仅填充第1罩体空间、第2罩体空间以及第3罩体空间,从而形成间隙7。
另外,在图8的实例中,如上所述一边使夹具18旋转,进而与此同时也使罩体2以及注入罐21旋转,一边进行树脂材料的填充。因此,往罩体2内填充的树脂材料受到因该旋转所产生的离心力。其结果,由填充在第3罩体空间中的树脂材料形成图2所示的圆柱状流道8。
此外,第1罩体空间以及第2罩体空间当开始从注入口15填充树脂材料时成为完全密闭的空间。因此,当没有空气逃离的路径时,树脂材料不能填充第1罩体空间以及第2罩体空间以外的区域。因此,如图7所示,在罩体的侧板13a(参照图5)上,设置有连通第1罩体空间的空气孔16和连通第3罩体空间的空气孔17。另外,在罩体的侧板13b(参照图5)上,也设置有连通第2罩体空间的空气孔16和连通第3罩体空间的空气孔17。再者,在各侧板中,空气孔16和空气孔17经由管25而连接起来。
通过图8所示的注入罐21进行的树脂材料的注入进行到下述程度,即第1以及第2罩体空间被树脂材料所填充,而且在第3罩体空间形成与导入口4以及第1排出口5匹配的流道8(参照图1、2)。另外,另外,夹具18的旋转在填充的树脂材料的流动性得以降低、流道8的形状可以保持的时候结束。
其结果如图1以及图2所示,在第1罩体空间形成第1密封构件3a,在第2罩体空间形成第2密封构件3b。另外,在第3罩体空间形成第3密封构件3c,由此也形成流道8。再者,在本实施方案中,三个密封构件3a~3c是通过一次的树脂填充而形成的。
在本实施方案中,作为用于形成密封构件3a~3c的树脂材料,例如可以列举出硅树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂等热固性树脂。其中,从具有优良的与构成管体1的材料(例如金属材料等)以及构成罩体2的材料(例如碳酸酯树脂这一树脂材料)的粘结性的角度考虑,可以作为优选的树脂材料举出的是聚氨酯树脂和环氧树脂。
另外,在管体1用金属材料形成、罩体2用树脂材料形成的情况下,密封构件3a~3c优选依次填充种类不同的树脂材料而成为2层结构。例如可以使用聚氨酯树脂和环氧树脂。在这样的方式下,密封构件3a~3c与管体1之间、密封构件3a~3c与罩体之间,各自可以谋求密合性、粘结性以及相溶性的提高。
此外,在图8的实例中,作为树脂材料,可以使用聚氨酯树脂。另外,进行聚氨酯树脂的填充所设定的条件是:夹具18的转速为1500rpm~3000rpm,填充量为20ml~100ml,注入罐21内的温度为(25℃)~60℃,夹具18的旋转时间为30分~360分。
这样一来,如果使用本发明的热交换器的制造方法,则可以简单、容易且以等间距规整地排列多根管体1,而且这种操作可以在短时间内进行。因此,根据本发明的热交换器的制造方法,能够以低制造成本的方式提供一种多管式热交换器。因此,也能够有助于降低使用所得到的热交换器的装置、例如人工心肺装置的成本。
此外,本发明的热交换器的制造方法也可以适用于除图1以及图2所示的热交换器以外的其它热交换器、例如图10以及图11所示的热交换器的制作。在这种情况下,对于图3所示的管体组10的制作,固定构件可以只配置2个。另外,用于形成密封构件的树脂材料,可以只填充罩体的开口和固定构件之间的管体间的间隙。再者,也可以采用如下的方案,即在由罩体内的各管体组的2个固定构件所包围的空间内填充树脂材料,以便形成将从导入口导入的第2流体导向排出口的流道。
下面采用图9就使用本发明的热交换器的人工心肺装置进行说明。图9是表示本发明的人工心肺装置的一个实例之构成的剖面图。此外,在图9所示的符号中,有在图1以及图2中也使用的符号,它们表示与图1以及图2相同的构件。
如图9所示,人工心肺装置包括热交换器30和人工肺40,它们收纳在罩体31内。在罩体31上设置有:用于导入热交换用低温水的低温水导入路32,用于排出低温水的低温水排出路33,用于导入氧气的气体导入路34,用于排出血液中的二氧化碳等的气体排出路35。
另外,热交换器30具有与图1以及图2所示的相同的构成。另外,在热交换器30中,低温水在管体1中流动,患者的血液在流道8中流动。此外,用于导入血液的导管41与热交换器30的罩体2上设置的导入口4相连接。
人工肺40包括多片中空丝膜37和一对密封构件38。为了不使血液侵入气体导入路34和气体排出路35,一对密封构件38密封着多片中空丝膜37的两端部。由密封构件38进行的密封使中空丝膜37的两端露出来。因此,气体导入路34和气体排出路35通过中空丝膜37而连通。
另外,在人工肺40中不存在密封构件38的空间构成血液流道39,中空丝膜37在血液流道39内露出来。再者,血液流道39的血液入口侧与热交换器30的流道8的出口侧连接。
因此,流过流道8而进行了热交换的血液流入血液流道39,在那里与中空丝膜37接触。此时,血液吸取流过中空丝膜37的氧气。另外,吸取了氧气的血液从设在罩体31上的血液排出口36向外部排出而返回至患者。另一方面,血液中的二氧化碳被中空丝膜37吸取后,由气体排出路35排出。
这样一来,在图9所示的人工心肺装置中,由热交换器30进行血液的温度调整,进行过温度调整的血液由人工肺进行气体交换。另外,此时,即使热交换器30发生密封泄漏,即使有流过管体1的低温水流出,低温水也积存在间隙7内,然后从热交换器30的第2排出口6向外部排出。因此,可以检测密封泄漏,而且可以抑制由低温水产生的血液污染。
根据本发明,可以提供一种热交换器以及人工心肺装置,它可以抑制流过管体内部的流体或流过管体表面的流体因密封泄漏而受到污染,还提供一种热交换器的制造方法,它可以谋求制造成本的下降。本发明的热交换器可以用作因密封泄漏而关乎人命的医疗用热交换器。
Claims (10)
1.一种热交换器,其特征在于,至少包括:第1流体得以通过的多根管体,收纳所述管体的罩体,以及用于密封流过所述多根管体表面的第2流体的密封构件;
所述罩体包括:用于将所述第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于从所述罩体排出所述第2流体的第1排出口和第2排出口;
所述多根管体相互平行地配置在所述罩体内;
所述密封构件包括:位于所述多根管体的一个端部侧的第1密封构件,位于另一个端部侧的第2密封构件,以及位于所述第1密封构件和所述第2密封构件之间的第3密封构件;
所述第3密封构件被设计成在其与所述第1密封构件之间、以及在其与所述第2密封构件之间产生间隙,而且形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述第1排出口的流道;
所述第2排出口以与所述间隙连通的方式设置在所述罩体上;
所述第2流体的所述流道为以所述流道的方向为轴向的圆柱状,所述导入口以及所述第1排出口形成为圆形状;
所述圆柱状的流道的方向取向于横切所述多根管体的方向上;
所述圆柱状流道的两端的开口与所述导入口以及所述第1排出口相匹配。
2.根据权利要求1所述的热交换器,其中对所述多根管体进行配置,使得在垂直于管体中心轴方向的断面中,连接相互邻接的三根管体的断面中心而得到的图形成为正三角形。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器,其中通过所述流道的第2流体为血液,该热交换器构成人工心肺装置的一部分。
4.一种热交换器的制造方法,其中所述热交换器包括第1流体得以通过的多根管体和筒状的罩体;而且在所述罩体的侧壁上形成有:用于将第2流体导入所述罩体内的导入口,以及用于排出所述第2流体的排出口;
所述制造方法的特征在于,其至少包括下列工序:
(a)工序,其隔开间隔地并列配置所述多根管体,使各管体的中心轴位于同一平面上;
(b)工序,其借助于沿垂直于所述中心轴的方向包围整个所述多根管体的带状固定构件,在排列的状态下固定所述多根管体而使之一体化,此时,沿所述中心轴方向隔开间隔至少配置2个所述固定构件,从而形成管体组;
(c)工序,其准备多个所述管体组并将它们层叠在一起,此时,使各管体组的所述固定构件同上下与其相邻的其它管体组的所述固定构件在所述中心轴方向进行密合,从而形成热交换模块;
(d)工序,其使所述中心轴与所述罩体的纵向轴相一致,并将所述热交换模块收纳在所述罩体内,此时,使各管体组的所述固定构件在所述热交换模块表面露出来的部分密合或粘结于所述罩体的内表面;
(e)工序,其在被所述罩体内的所述管体组的所述2个固定构件包围的空间内填充树脂材料,从而形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述排出口的流道;
所述导入口以及所述排出口在相互对置的位置形成为圆形状;
在所述(e)工序中,一边以通过所述导入口的中心和所述排出口的中心的轴为中心而使所述罩体旋转,一边进行所述树脂材料的填充。
5.根据权利要求4所述的热交换器的制造方法,其中,
在所述(b)工序中,沿所述中心轴方向隔开间隔配置4个所述各管体组的所述固定构件,而且对其中位于内侧的2个固定构件进行配置,使得所述导入口以及所述排出口能够处在所述2个固定构件之间;
在所述(e)工序中,在被所述罩体内的所述各管体组的位于所述内侧的2个固定构件包围的空间内填充树脂材料,从而形成将从所述导入口导入的所述第2流体导向所述排出口的流道,进而在所述罩体的一侧的开口与所述各管体组的位于所述一侧的外侧的固定构件之间的所述管体间的间隙内、以及在另一侧的开口与位于所述另一侧的外侧的固定构件之间的所述管体间的间隙内填充树脂材料。
6.根据权利要求4所述的热交换器的制造方法,其中在所述(c)工序中,进行多个所述管体组的层叠,使得在垂直于所述多根管体的轴向的断面中,连接所述各管体组的所述多根管体各自的断面中心、和最靠近该管体的上层或下层的其它管体组的2根管体的断面中心而得到的图形成为正三角形。
7.根据权利要求5所述的热交换器的制造方法,其中在所述(c)工序中,进行多个所述管体组的层叠,使得在垂直于所述多根管体的轴向的断面中,连接所述各管体组的所述多根管体各自的断面中心、和最靠近该管体的上层或下层的其它管体组的2根管体的断面中心而得到的图形成为正三角形。
8.根据权利要求4~7的任一项所述的热交换器的制造方法,其中,
所述(a)工序以及所述(b)工序使用上模以及下模来进行,所述上模以及下模形成有可以配置所述多根管体的多条第1槽和垂直交叉于所述多条第1槽的第2槽;
在所述(a)工序中,所述多根管体的排列通过分别在所述上模或所述下模的任意一个上形成的所述多条第1槽上配置所述多根管体来进行;
在所述(b)工序中,借助于所述固定构件实现的所述一体化是采用如下的方法来进行的,将所述上模和所述下模接合在一起,向由所述上模以及所述下模的所述第2槽形成的空间内注射树脂材料,从而注射成型为所述固定构件。
9.根据权利要求8所述的热交换器的制造方法,其中,
所述(b)工序所使用的用于注射成型所述固定构件的所述树脂材料为聚碳酸酯树脂或氯乙烯树脂;
所述(e)工序所使用的所述树脂材料为聚氨脂树脂或环氧树脂。
10.一种人工心肺装置,其特征在于:具有所述权利要求1~3的任一项所述的热交换器。
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