JP2003071253A - 中空糸モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 血液に対するストレスの抑制と中空糸全体に
対する血液の円滑流入とを同時に実現する。 【解決手段】 本発明の中空糸モジュールでは、被処理
液導入路９で血液が中空糸束１の開口面１Ａの垂直中心
軸１Ｂに対し横向きの方向から送り込まれ、中空糸束１
の開口面１Ａに対する血液の垂直衝突現象が緩和される
ので、血液のストレスを抑えられる。同時に、血液は環
状流路１０で中空糸束１の開口面１Ａの垂直中心軸１Ｂ
をまわる流れとなって円盤状の液体分配空間４Ａへ流入
して血液が均等に行き渡るとともに、円盤状の液体分配
空間４Ａはπｒ² ×ｒ／８以上〜πｒ² ×ｒ／２．５以
下の容積があり、液体分配空間４Ａの周縁域に適度な間
隙があるので、血液は滞留凝固もせず、中空糸１ａ全体
に円滑に流入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、血液浄化、人工透
析あるいは限外濾過などに用いられる中空糸モジュール
に係り、特に、被処理液（処理対象の液体）に対するス
トレスの抑制と中空糸全体に対する被処理液の円滑な流
入とが同時に可能となる構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、特公平４−３９８３号公報に記
載されている人工腎臓等に用いる従来の中空糸モジュー
ルの被処理液導入側の内部構成を示す断面図である。人
工腎臓の場合は血液が被処理液であり、中空糸束５１を
収納した円筒状ケース５２の一端部側に中空糸束５１の
円形状開口面５１Ａの前面全体に血液を分配する円盤状
の液体分配空間５３Ａを形成するように被処理液導入側
ヘッダー５３が配設されている。また、被処理液導入側
ヘッダー５３の中心に中空糸束５１の開口面５１Ａの垂
直中心軸５１Ｂと同軸に被処理液導入路５４が接続され
ていて、被処理液導入路５４から導入された浄化対象の
血液が液体分配空間５３Ａを経て各中空糸５１ａに流れ
込む。

【０００３】しかし、この中空糸モジュールの場合、中
空糸束５１の開口面５１Ａに血液が垂直に衝突するの
で、血液に対するストレスが大きく、例えば血液中の白
血球が損傷する心配がある。

【０００４】図５は、特開平２０００−１８９７６２号
公報に記載されている従来の他の中空糸モジュールの被
処理液導入側の内部構成を示す断面図である。この中空
糸モジュールは、被処理液としての血液を中空糸束５１
の開口面５１Ａの垂直中心軸５１Ｂに対し横向きの方向
から送り込む被処理液導入路５５を備えており、中空糸
束５１の開口面５１Ａに対する血液の垂直衝突現象が緩
和されるので、血液にかかるストレスを少なくすること
ができる。

【０００５】しかし、図５の中空糸モジュールのよう
に、血液を中空糸束５１の開口面５１Ａの垂直中心軸５
１Ｂに対し横向きの方向から導入すると血液が円盤状の
液体分配空間５３Ａに均等に行き渡り難くなり、各中空
糸５１ａに対して血液を均一に分配できなくなる。そこ
で、図６に示すように、被処理液導入路５５と液体分配
空間５３Ａの間に、液体分配空間５３Ａへ開口側を向け
た円形状凹溝５６を設ける。さらに円形状凹溝５６にお
ける被処理液導入路５５の連接箇所に衝立部５７を設
け、血液が連接箇所の衝立部５７の無い側からのみ円形
状凹溝５６のループ沿いに進んで円形状凹溝５６を回る
流れとなって液体分配空間５３Ａへ入って血液が液体分
配空間５３Ａへ均等に行き渡るように図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示す従来の中空糸モジュールの場合、全ての中空糸５１
ａに対しては血液を円滑に流入させられないという問題
がある。すなわち、被処理液導入側ヘッダー５３の円盤
状の液体分配空間５３Ａの周縁域では、血液が流れにく
く滞留凝固する傾向がみられるので、中空糸束５１の円
形状開口面の周縁域に位置する中空糸５１ａには血液が
流れ込みにくいのである。

【０００７】図４の中空糸モジュールでは、ヘッダー５
３の内面における血液接触域にヘパリン化高分子（抗血
液凝固高分子）膜が形成され、浄化対象の血液の凝固を
防止して血液が速やかに流れるようになっている。そし
て、この抗血液凝固高分子膜を図５の中空糸モジュール
の液体分配空間５３Ａの周縁域に施せば、血液が滞留せ
ず流れ易くなる。

【０００８】しかし、抗血液凝固高分子膜の形成工程が
新たに必要となるので、モジュールの製造コストが上昇
するうえに、抗血液凝固高分子は一時的に透析患者の血
液凝固機能を低下させるので、抗血液凝固高分子膜を用
いて浄化対象の血液の滞留凝固を防止することは現実味
のある対応策ではない。

【０００９】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、被処理液に対するストレスの抑制と中
空糸全体に対する被処理液の円滑流入とを同時に実現す
ることができる中空糸モジュールを提供することを主た
る目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の中空糸モジュールは、処理対象の
液体（被処理液）が内部を流れる中空糸を多数本束ねた
中空糸束が収納されている円筒状ケースと、各中空糸の
端を前記円筒状ケースの端部側に開口せしめた状態で中
空糸束を筒状ケースの内部で液密に保持する隔壁と、前
記中空糸束の円形状開口面の前面全体に被処理液を分配
する円盤状の液体分配空間を形成するように前記円筒状
ケースの被処理液導入側端部へ配設された被処理液導入
側ヘッダーと、被処理液を中空糸束の開口面の垂直中心
軸に対し横向きとなる方向から被処理液導入側ヘッダー
の液体分配空間へ送り込む被処理液導入路とを備えた中
空糸モジュールであって、前記被処理液導入路と被処理
液導入側ヘッダーの液体分配空間との間に、被処理液導
入路から送り込まれた被処理液が前記中空糸束の開口面
の垂直中心軸をまわる流れとなって液体分配空間へ流入
するようにする環状流路を備えているとともに、前記被
処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖ
は、中空糸束の円形状開口面の半径をｒとしてπｒ² ×
ｒ／１０以上であることを特徴とするものである。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の中空糸モジュールにおいて、被処理液導入側ヘ
ッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖは、πｒ² ×ｒ
／２．５以下であることを特徴とするものである。

【００１２】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
１または２に記載の中空糸モジュールにおいて、被処理
液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖは、
さらに好ましくはπｒ²×ｒ／８以上であることを特徴
とするものである。

【００１３】

【作用】本発明の作用は次のとおりである。請求項１に
記載の発明によれば、中空糸モジュールでは、被処理液
導入路によって中空糸束の円形状開口面（以下、適宜
「開口面」という）の垂直中心軸に対し横向きとなる方
向から環状流路へ送り込まれた被処理液は、環状流路に
よって中空糸束の開口面の垂直中心軸をまわる流れとな
って、円形状開口面の半径をｒとしてπｒ² ×ｒ／１０
以上の容積を有する円盤状の液体分配空間へ流入すると
ともに、さらに液体分配空間から各中空糸の糸内部へ導
かれる。

【００１４】このように、請求項１の発明の中空糸モジ
ュールの場合、被処理液導入路によって被処理液が開口
面の垂直中心軸に対し横向きとなる方向から送り込まれ
るので、中空糸束の開口面に垂直に向かう被処理液が減
る。つまり、中空糸束の開口面に対する被処理液の垂直
衝突現象が緩和されるとともに、被処理液は環状流路に
よって中空糸束の開口面の垂直中心軸をまわる流れとな
って液体分配空間へ流入する。そのため、液体分配空間
に被処理液が均等に行き渡るようになるとともに、円盤
状の液体分配空間がπｒ² ×ｒ／１０以上の容積を有
し、被処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の
周縁域の間隙が充分であるので、抗被処理液凝固高分子
膜を用いなくても、液体分配空間の周縁域でも被処理液
の滞留凝固を回避させることができる。

【００１５】請求項２に記載の発明によれば、被処理液
導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖは、π
ｒ² ×ｒ／２．５以下であるので、被処理液の流入量に
比べて液体分配空間の容積が必要以上に大きくなること
がなく、被処理液の円滑な流入が妨げられるという事態
を回避し易くしている。

【００１６】つまり、各中空糸は通常径の細いものであ
り、中空糸モジュールでは被処理液の単位時間当たりの
処理量は余り多くなく、液体分配空間の容積Ｖが余り大
きすぎても被処理液がうまく流れなくなるという心配が
あるからである。

【００１７】請求項３に記載の発明によれば、被処理液
導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖは、π
ｒ² ×ｒ／８以上であり、被処理液導入側ヘッダーの円
盤状の液体分配空間の周縁域では、間隙がより充分にあ
るので、被処理液の滞留凝固を確実に回避することがで
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施例を説明する。 〈実施例〉図１は、実施例に係る中空糸モジュールの全
体構成を示す平面図、図２は、その被処理液導入側の内
部構成を示す部分断面図、図３は、実施例の中空糸モジ
ュールの被処理液導入側における血液の流入状況を示す
模式図である。

【００１９】実施例の中空糸モジュールは、人工腎臓等
の血液浄化装置用であって、被処理液である血液を浄化
するのに使用されるものであり、糸内部が中空となって
いる中空糸１ａが多数本束ねられている中空糸束１を収
納した円筒状ケースである円筒ケース２と、各中空糸１
ａの端を円筒ケース２の端部側に開口せしめた状態で中
空糸束１を円筒ケース２の内部で液密に保持する隔壁３
と、円筒ケース２の両端部へそれぞれ配設された一対の
ヘッダー４，５と、円筒ケース２の両端側の周面に設け
られた透析液用のポート６，７とを備えている。

【００２０】この中空糸モジュールにおいて血液浄化が
行われる場合、血液の方は被処理液導入側ヘッダー４の
側から各中空糸１ａの糸内部に流入しそのまま糸内部を
流れて被処理液導出側ヘッダー５の側から流出すると同
時に、透析液の方は透析液導入側ポート６の側から円筒
ケース２の内部に流入し血液と逆向きに流れて透析液導
出側ポート７の側から流出するように構成されていて、
血液が中空糸１ａの膜壁を隔てて透析液と間接的に接触
する間に血液の浄化が進行する。以下、本実施例の中空
糸モジュールの特徴的な構成を有するヘッダー４周りの
各部構成をより具体的に説明する。

【００２１】被処理液導入側ヘッダー４は、中空糸束１
の円形状開口面１Ａの前面全体に血液を分配する円盤状
の液体分配空間４Ａが形成されるように、例えばシリコ
ーン製等のリング状シール部材８で液密に円筒ケース２
に配設されている。また、中空糸束１の開口面１Ａの垂
直中心軸１Ｂに対し横向きとなる方向から浄化対象の血
液が送り込めるように、断面円形の被処理液導入路９
が、その中心軸線９Ａを中空糸束１の開口面１Ａに対し
平行に向けた状態で配設されている。

【００２２】また、本実施例の中空糸モジュールの場
合、被処理液導入路９と被処理液導入側ヘッダー４の液
体分配空間４Ａとの間に、被処理液導入路９から送り込
まれた血液が中空糸束１の円形状開口面１Ａの垂直中心
軸１Ｂをまわる流れとなって液体分配空間４Ａへ流入す
るようにする環状流路１０を備えている。

【００２３】本実施例の場合、環状流路１０は次のよう
に構成されている。すなわち、中空糸束１の開口面１Ａ
の垂直中心軸１Ｂを巡るループを描くようにして円形状
凹溝１１が開口側を液体分配空間４Ａへ向けた状態で設
けられ、この円形状凹溝１１の中寄り内側面に向けて血
液が送り込まれるように被処理液導入路９が円形状凹溝
１１に連接されている。円形状凹溝１１における被処理
液導入路９の連接箇所では、血液が円形状凹溝１１のル
ープに沿って流れるのを抑える板状の衝立部１２が連接
箇所の片側にだけ円形状凹溝１１のループを遮るように
設けられており、円形状凹溝１１と衝立部１２とにより
環状流路１０が構成されている。

【００２４】そして、本実施例の中空糸モジュールで
は、被処理液導入側ヘッダー４の円盤状の液体分配空間
４Ａは、図２あるいは図３に示すように、中空糸束１の
円形状開口面１Ａの半径をｒとして容積Ｖがπｒ² ×ｒ
／１０以上であり、かつπｒ²×ｒ／２．５以下に設定
されている。

【００２５】すなわち、液体分配空間４Ａの容積Ｖがπ
ｒ² ×ｒ／１０未満だと、液体分配空間４Ａの容積Ｖが
薄っぺらで特に液体分配空間４Ａの周縁域で血液が流れ
難くなる。つまり、円盤状の液体分配空間４Ａは、液体
分配空間４Ａの周縁域で血液が充分に流れ易くなるとい
う観点からは、容積Ｖがπｒ² ×ｒ／８以上であること
が好ましい。

【００２６】逆に、液体分配空間４Ａの容積Ｖがπｒ²
×ｒ／２．５を超過すると、液体分配空間４Ａが広大と
なり過ぎて、血液の円滑な流れが阻害される傾向がみら
れる。つまり、液体分配空間４Ａの容積Ｖはπｒ² ×ｒ
／２．５を超過しないことが好ましい

【００２７】一般に各中空糸１ａは通常径の細いもので
あり、中空糸モジュールでは血液の単位時間当たりの処
理量は余り多くなく、液体分配空間４Ａの容積Ｖが余り
大きすぎても血液がうまく流れなくなる傾向があるから
である。

【００２８】なお、本実施例の中空糸モジュールでは、
被処理液導出側ヘッダー５の側も、上述の被処理液導入
側ヘッダー４の側と同様の構成となっており、ヘッダー
５の側を導入側として用い、被処理液導入側ヘッダー４
の側を導出側として用いる逆の使い方も可能な構成にな
っている。

【００２９】しかし、血液が細い中空糸１ａから広い空
間へ出る方の被処理液導出側ヘッダー５は、被処理液導
入側ヘッダー４と同じ構成である必要は必ずしもなく、
例えば、被処理液導出側ヘッダー５の側については、図
４や図５に示すような従来方式のヘッダーと同様の構成
のものであってもよい。

【００３０】また、中空糸１ａの材質としては、セルロ
ース、セルロース誘導体、ポリメチルアクリレート、ポ
リプロピレン、ポリサルフォンなどが例示され、隔壁３
の材質としては、ポリウレタンなどが例示される。

【００３１】さらに、円筒ケース２、ヘッダー４，５、
透析液用の両ポート６，７、被処理液導入路９、環状流
路１０の材質としては、ポリエチレン、ポリカーボネイ
ト、ポリメチルメタアクリレート、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、アクリルスチレンなどの汎用プラスチック
が例示される。

【００３２】続いて、実施例の中空糸モジュールにより
血液浄化が行われる時の被処理液導入側における血液の
流入状況を説明する。図３は、実施例の中空糸モジュー
ルにおける被処理液導入側での血液の流れを示す模式図
である。

【００３３】図３に示すように、環状流路１０の円形状
凹溝１１における被処理液導入路９の連接箇所では、被
処理液導入路９により、中空糸束１の開口面１Ａの垂直
中心軸１Ｂに対し真横の向きとなる方向から円形状凹溝
１１の内側面に向けて浄化対象の血液が送り込まれる。
このとき、衝立部１２の側に向かった血液は衝立部１２
に当たって衝立部１２の無い側へ進路を変えて、衝立部
１２の側には向かわなかった血液と一緒になって衝立部
１２の無い側から円形状凹溝１１のループに沿って流れ
て円盤状の液体分配空間４Ａへ送り込まれたあと、各中
空糸１ａの糸内部へ導入される。

【００３４】このように、実施例の中空糸モジュールの
場合、被処理液導入路９により血液が中空糸束１の開口
面１Ａの垂直中心軸１Ｂに対し真横の方向から送り込ま
れ、中空糸束１の開口面１Ａに垂直に向かう血液が大幅
に減る、結果、中空糸束１の開口面１Ａに対する血液の
垂直衝突現象が確実に緩和されるので、血液に対するス
トレスを充分抑制できる。

【００３５】同時に、血液は、中空糸束１の開口面１Ａ
の垂直中心軸１Ｂをまわる流れとなって液体分配空間４
Ａへ流入するので、液体分配空間４Ａに血液が均等に行
き渡る。さらに血液が送り込まれる液体分配空間４Ａ
は、πｒ² ×ｒ／８以上〜πｒ ² ×ｒ／２．５以下の間
の容積があり、πｒ² は液体分配空間４Ａの中空糸束１
の円形状開口面１Ａに接する面積であって、ほぼ液体分
配空間４Ａの底面積に該当し、またｒ／８はほぼ液体分
配空間４Ａの厚みに該当することになる。

【００３６】つまり、円盤状の液体分配空間４Ａの周縁
域にも、中空糸束１の円形状開口面１Ａと被処理液導入
側ヘッダー４の内面との間に適度な間隙が確保されてい
る。その結果、血液は中空糸束１の円形状開口面１Ａの
周縁域でも血液は滞留凝固せずに、血液が全ての中空糸
１ａへ円滑に導かれる。

【００３７】本発明は、上記実施の形態に限られること
はなく、下記のように変形実施することができる。 （１）実施例では、液体分配空間４Ａの容積Ｖがπｒ²
×ｒ／２．５以下であったが、液体分配空間４Ａの容積
Ｖは、処理液の種類や中空糸の寸法・密度によってはπ
ｒ² ×ｒ／２．５を越えるような構成であってもよい。

【００３８】（２）実施例の中空糸モジュールの場合、
環状流路１０が円形状凹溝１１と衝立部１２とにより構
成されていたが、中空糸束１の開口面１Ａの垂直中心軸
１Ｂを例えば１回転半といった適当な量巡るループを描
くようにして設けられた螺旋状管路が環状流路として配
設されていてもよい。

【００３９】（３）実施例の中空糸モジュールでは、被
処理液導入路９の中心軸線９Ａが中空糸束１の開口面１
Ａに対し平行（真横向き）となる構成であったが、被処
理液導入路９の中心軸線９Ａが中空糸束１の開口面１Ａ
に対し斜め横向きとなる構成であってもよい。

【００４０】（４）第１，２実施例の中空糸モジュール
は、人工腎臓等の血液浄化装置用であったが、本発明の
中空糸モジュールは、人工肝臓、人工肺、血漿分離、限
外濾過、浄水器に用いられるモジュールであってもよ
い。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、中空糸モジュールにおいて
は、被処理液導入路により、被処理液が開口面の垂直中
心軸に対し横向きとなる方向から送り込まれて、中空糸
束の開口面に垂直に向かう被処理液が減り、中空糸束の
開口面に対する被処理液の垂直衝突現象が緩和されるの
で、被処理液に対するストレスを抑制することができ
る。

【００４２】また、円盤状の液体分配空間は、πｒ² ×
ｒ／１０以上の容積が確保されることにより、被処理液
導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の周縁域に充分
な間隙が確保される。つまり、環状流路によって中空糸
束の開口面の垂直中心軸をまわる流れとなって液体分配
空間へ流入した被処理液は、液体分配空間の隅々まで均
等に行き渡ることができる。その結果、抗被処理液凝固
高分子膜を用いなくても被処理液の液体分配空間の周縁
域での滞留凝固を回避することができるので、中空糸全
体に対して被処理液を円滑に流入させることができる。

【００４３】また、請求項２に記載の発明によれば、被
処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積Ｖ
は、πｒ² ×ｒ／２．５以下であるので、被処理液の流
入量に比べて液体分配空間の容積が大き過ぎて却って被
処理液の円滑な流入が妨げられるという事態を回避し易
い。

【００４４】また、請求項３に記載の発明によれば、被
処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積が
πｒ² ×ｒ／８以上と充分に確保されるので、被処理液
導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の周縁域の間隙
も充分に確保され、被処理液の液体分配空間の周縁域で
の滞留凝固を確実に回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る中空糸モジュールの全体構成を示
す平面図である。

【図２】実施例に係る中空糸モジュールの被処理液導入
側の内部構成を示す部分断面図である。

【図３】実施例に係る中空糸モジュールの被処理液導入
側における血液の流入状況を示す模式図である。

【図４】従来例に係る中空糸モジュールの被処理液導入
側の内部構成を示す部分断面図である。

【図５】他の従来例に係る中空糸モジュールの被処理液
導入側の内部構成を示す部分断面図である。

【図６】他の従来例に係る中空糸モジュールの被処理液
導入側における血液の流入状況を示す模式図である。

【符号の説明】

１ … 中空糸束 １Ａ … 円形状開口面 １Ｂ … 垂直中心軸 １ａ … 中空糸 ２ … 円筒ケース ３ … 隔壁 ４ … 被処理液導入側ヘッダー ４Ａ … 円盤状の液体分配空間 ９ … 被処理液導入路 １０ … 環状流路 ｒ … 円形状開口面の半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雲 一郎 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内 Ｆターム(参考） 4C077 AA05 BB01 BB02 CC03 EE01 KK07 KK15 LL05 4D006 GA06 HA02 JA10C JA16A JA16C MA01 MC16 MC17 MC23 MC37 MC62 PB09 PC47

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理対象の液体（被処理液）が内部を流
   れる中空糸を多数本束ねた中空糸束が収納されている円
   筒状ケースと、 各中空糸の端を前記円筒状ケースの端部側に開口せしめ
   た状態で中空糸束を筒状ケースの内部で液密に保持する
   隔壁と、 前記中空糸束の円形状開口面の前面全体に被処理液を分
   配する円盤状の液体分配空間を形成するように前記円筒
   状ケースの被処理液導入側端部へ配設された被処理液導
   入側ヘッダーと、 被処理液を中空糸束の開口面の垂直中心軸に対し横向き
   となる方向から被処理液導入側ヘッダーの液体分配空間
   へ送り込む被処理液導入路とを備えた中空糸モジュール
   であって、 前記被処理液導入路と被処理液導入側ヘッダーの液体分
   配空間との間に、被処理液導入路から送り込まれた被処
   理液が前記中空糸束の開口面の垂直中心軸をまわる流れ
   となって液体分配空間へ流入するようにする環状流路を
   備えているとともに、 前記被処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の
   容積Ｖは、中空糸束の円形状開口面の半径をｒとしてπ
   ｒ² ×ｒ／１０以上であることを特徴とする中空糸モジ
   ュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の中空糸モジュールにお
   いて、 被処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積
   Ｖは、πｒ² ×ｒ／２．５以下であることを特徴とする
   中空糸モジュール。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の中空糸モジュ
   ールにおいて、 被処理液導入側ヘッダーの円盤状の液体分配空間の容積
   Ｖは、さらに好ましくはπｒ² ×ｒ／８以上であること
   を特徴とする中空糸モジュール。