JP2009297437A - Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus - Google Patents
Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009297437A JP2009297437A JP2008158152A JP2008158152A JP2009297437A JP 2009297437 A JP2009297437 A JP 2009297437A JP 2008158152 A JP2008158152 A JP 2008158152A JP 2008158152 A JP2008158152 A JP 2008158152A JP 2009297437 A JP2009297437 A JP 2009297437A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin tube
- blood
- heat transfer
- heat exchanger
- tube bundle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、熱交換器、特に人工心肺装置等の医療機器に用いるのに適した医療用熱交換器、及びその製造方法、並びにそれを備えた人工肺装置に関する。 The present invention relates to a heat exchanger, particularly a medical heat exchanger suitable for use in a medical device such as a heart-lung machine, a manufacturing method thereof, and an oxygenator equipped with the same.
心臓手術においては、患者の心臓を停止させ、その間の呼吸及び循環機能を代行するために、人工心肺装置が用いられている。また、手術中は患者の酸素消費量を減少させるため、患者の体温を低下させ、それを維持する必要がある。このため、人工心肺装置には、患者から取り出した血液の温度を制御するための熱交換器が備えられている。 In cardiac surgery, a heart-lung machine is used to stop the patient's heart and perform breathing and circulatory functions during that time. Also, during surgery, the patient's oxygen consumption is reduced, so the patient's body temperature needs to be lowered and maintained. For this reason, the oxygenator is provided with a heat exchanger for controlling the temperature of blood taken from the patient.
このような医療用の熱交換器としては、従来、蛇腹管式の熱交換器や、多管式の熱交換器(例えば、特許文献1参照)が知られている。このうち、多管式の熱交換器は、蛇腹管式の熱交換器と装置容積が同じであるとすると、熱交換面積が大きく得られるため、蛇腹管式の熱交換器に比べて熱交換効率が高いという利点がある。 As such medical heat exchangers, conventionally, a bellows tube type heat exchanger and a multi-tube type heat exchanger (for example, see Patent Document 1) are known. Of these, the multi-tubular heat exchanger has the same capacity as the bellows tube heat exchanger, so a large heat exchange area can be obtained, so heat exchange compared to the bellows tube heat exchanger There is an advantage of high efficiency.
従来例の多管式の熱交換器について、図11A〜図11Cを参照して説明する。図11Aは多管式の熱交換器上面図、図11Bは側面図である。図11Cは、熱交換器のハウジング内部を示す斜視図であり、部分的に断面で示されている。 A conventional multi-tube heat exchanger will be described with reference to FIGS. 11A to 11C. 11A is a top view of a multi-tube heat exchanger, and FIG. 11B is a side view. FIG. 11C is a perspective view showing the inside of the housing of the heat exchanger, partially shown in cross section.
この熱交換器は、熱媒体液である冷温水を流す複数本の伝熱細管101から構成される細管束モジュール102と、細管束モジュール102を封止するシール部材103a〜103cと、それらを収容したハウジング104とから構成されている。
This heat exchanger accommodates a thin
複数本の伝熱細管101は、平行に配列され積層されて細管束を形成している。図11A及び12Cに示すように、中央部のシール部材103cは、細管束モジュール102の長手方向中央部に、各々の伝熱細管101の表面を横断して、被熱交換液である血液を流通させるための熱交換流路として、円形断面を有する血液流路105を形成している。両端部のシール部材103a、103bは各々、細管束モジュール102の両端を露出させている。
The plurality of heat transfer
ハウジング104には、血液流路105の両端に面して、血液をハウジング内に導くための血液導入口106と、血液をハウジングから導出するための血液導出口107とが設けられている。また、シール部材103a〜103cのそれぞれの間には、間隙108が設けられ、ハウジング102には、間隙108に対応する漏液排出孔109が設けられている。
The
以上の構成において、血液を、血液導入口106から流入させて血液流路105を通り血液導出口107から流出するように流動させる。同時に、図11A、図11Bに示すように冷温水を、細管束モジュール102の露出された一端から流入させて、露出された他端から流出するように流動させる。それにより、血液流路105において、血液と冷温水の間で熱交換が行われる。
In the above configuration, blood is caused to flow from the
間隙108は、シール漏れによって血液あるいは冷温水が漏洩した場合に、漏洩を検出するために設けられている。すなわち、第3のシール部材103cのシール漏れがあった場合には、漏洩した血液が間隙108に現れることにより、漏洩を検出することができる。また、第1のシール部材103a又は第2のシール部材103bのシール漏れによって冷温水が漏洩した場合も、漏洩した冷温水は間隙108に現れ、漏洩を検出することができる。間隙108に出た血液あるいは冷温水は漏液排出孔109から熱交換器の外部へと排出される。
上述のような多管式の熱交換器に対して、熱交換効率を更に向上させることが要求されている。すなわち、血液流路105における血液充填量を極力少なくし、しかも、十分な熱交換能を得るためには、熱交換効率を向上させる必要があるからである。
It is required to further improve the heat exchange efficiency for the multi-tube heat exchanger as described above. That is, it is necessary to improve the heat exchange efficiency in order to reduce the blood filling amount in the
本発明者らが検討した人工肺用の熱交換器の場合、実用上、熱交換効率が0.43以上であることが望ましいことが判った。この目標値をクリアするために必要な熱交換面積は、血液流量2L/minのときに0.014m2であった。これを、熱交換器の能力を血液流量7L/minに向上させた構造に適用した場合、熱交換面積シミュレーションの結果、0.43以上の熱交換効率を得るためには0.049m2の熱交換面積が必要であることが判った。 In the case of the heat exchanger for artificial lungs examined by the present inventors, it has been found that the heat exchange efficiency is desirably 0.43 or more in practice. The heat exchange area required to clear this target value was 0.014 m 2 when the blood flow rate was 2 L / min. When this is applied to a structure in which the capacity of the heat exchanger is improved to a blood flow rate of 7 L / min, the heat exchange area simulation results in a heat exchange efficiency of 0.049 m 2 in order to obtain a heat exchange efficiency of 0.43 or more. It was found that an exchange area was necessary.
例えば外径が1.25mmの伝熱細管1を用いた場合、伝熱細管101の積層数(細管層数)を6層にすれば、0.057m2の熱交換面積が得られることが判る。しかし、そのような6層構成の細管束モジュール102からなる熱交換モジュールを用い、血液流路105の開口径を70mmとして熱交換効率を測定したところ、0.24という、目標値よりはるかに低い値しか得られなかった。
For example, when the heat transfer
そこで、外径が1.25mmの伝熱細管101を用い、血液流路105の開口径を70mmとして、細管層数を種々に増大させた熱交換モジュールを作製し、熱交換効率を測定したところ、熱交換効率0.43をクリアするためには、細管層数を18層以上にする必要があることが判った。しかし、上述の条件で細管層数を18層にすると、血液流路における血液充填量が42.3mLとなり、血液充填量の望ましい値である30mLをはるかに超えることになる。血液充填量を30mL以下にするためには、計算によれば、細管層数を13層以下にしなければならない。
Therefore, a
このように、単純に熱交換面積を大きくすることでは、所望の熱交換効率を得ることは困難である。そのため、熱交換効率を低下させると思われる原因について分析を行った。その結果、熱交換効率を低下させる原因としては、伝熱細管の内腔を流れる冷温水の流速の影響が大きいことが判った。これは、冷温水の流速が境膜抵抗の変化に影響を与えることによるものと考えられる。 Thus, it is difficult to obtain a desired heat exchange efficiency by simply increasing the heat exchange area. Therefore, we analyzed the cause that seems to reduce the heat exchange efficiency. As a result, it has been found that the influence of the flow rate of the cold / hot water flowing through the lumen of the heat transfer thin tube is large as a cause of reducing the heat exchange efficiency. This is considered to be due to the fact that the flow rate of cold / hot water affects the change in the film resistance.
そこで本発明らは、伝熱細管の内腔における冷温水の流れを適切に制御して、血液流路の容積を小さく抑制しながら、熱交換効率を向上させることが可能な熱交換器の構成について検討した。その結果、細管束モジュールを血液流路の方向(縦方向)において分割して、各々が複数本の伝熱細管を含む複数段の細管束の積層構造を形成し、冷温水を、複数段の細管束を順次通過させる構成が有効であることが判った。 Therefore, the present invention has a configuration of a heat exchanger capable of improving heat exchange efficiency while appropriately controlling the flow of cold / hot water in the lumen of the heat transfer thin tube and suppressing the volume of the blood flow path to be small. Was examined. As a result, the thin tube bundle module is divided in the direction of the blood flow path (longitudinal direction) to form a laminated structure of a plurality of thin tube bundles each including a plurality of heat transfer thin tubes. It has been found that a configuration in which the thin tube bundle is sequentially passed is effective.
そのためには、複数段の細管束の間にスペーサを装着して、各段間に所定長さの間隔を形成すれば、冷温水を所望の順序で各細管束を順次通過させる簡潔な構成を実現できる。そのようなスペーサを用いた場合、細管束モジュールを封止したシール部材の領域では、各段間の間隔に対応する部分には、シール部材の材料が充填されるので間隙が残ることはない。 For this purpose, if a spacer is mounted between a plurality of stages of thin tube bundles and a predetermined length interval is formed between each stage, a simple configuration can be realized in which cold and hot water sequentially passes through the thin tube bundles in a desired order. . When such a spacer is used, in the region of the seal member in which the thin tube bundle module is sealed, the portion corresponding to the interval between the stages is filled with the material of the seal member, so that no gap remains.
ところが、血液流路内の領域では、スペーサが装着されることにより、細管束の各段間にその間隔に対応する間隙が形成される。この間隙は、血液流路における血液の充填量を増大させる原因となる。 However, in the region in the blood flow path, a spacer corresponding to the interval is formed between the stages of the thin tube bundle by mounting the spacer. This gap causes an increase in the filling amount of blood in the blood channel.
そこで本発明は、縦方向複数段の細管束に熱媒体液を順次通過させるための簡潔な構造により熱交換効率を向上させ、しかも各段間の間隙に起因する血液流路の容積の増大を抑制するための製造容易な構造を有する医療用熱交換器を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention improves the heat exchange efficiency by a simple structure for sequentially passing the heat medium liquid through a bundle of thin tubes of a plurality of stages in the vertical direction, and further increases the volume of the blood flow path due to the gap between the stages. An object of the present invention is to provide a medical heat exchanger having a structure that can be easily manufactured for suppression.
本発明の医療用熱交換器は、内腔に熱媒体液を流通させる複数本の伝熱細管を配列し積層して形成された細管束モジュールと、前記伝熱細管の両端は露出するように前記細管束モジュールを封止し、前記伝熱細管の各々の外表面に接触するように血液を通過させる血液流路を形成したシール部材と、前記シール部材及び細管束モジュールを収容するとともに、前記血液流路の両端に面して各々血液の導入口及び導出口を有するハウジングと、前記細管束モジュールの両端部をそれぞれ包囲するように流動室を形成し、前記熱媒体液の導入及び導出ポートを有する一対の伝熱細管ヘッダーとを備える。 The medical heat exchanger according to the present invention has a thin tube bundle module formed by arranging and laminating a plurality of heat transfer thin tubes through which a heat medium liquid is circulated in a lumen, and both ends of the heat transfer thin tubes are exposed. Sealing the thin tube bundle module, containing a seal member having a blood flow path through which blood passes so as to contact the outer surface of each of the heat transfer thin tubes, and containing the seal member and the thin tube bundle module, A housing having blood inlets and outlets facing both ends of the blood flow path, and a flow chamber formed so as to surround both ends of the thin tube bundle module, respectively, and the introduction and outlet port of the heat medium liquid And a pair of heat transfer thin tube headers.
上記課題を解決するために、前記細管束モジュールは前記血液流路の方向において分割されて、各々が複数本の前記伝熱細管を含む複数段の細管束の積層構造が形成され、前記複数段の細管束の段間に所定の間隔が形成されるように一対のスペーサが前記血液流路を挟む両側の領域にそれぞれ装着される。少なくとも一方の前記流動室は、前記間隔に対応させて設けられた隔壁により複数の流動分室に区画されて、前記導入ポートから流入する前記熱媒体液が、いずれかの前記流動分室を経由して前記複数段の細管束を順次通過し、他のいずれかの前記流動分室を経由して前記導出ポートから流出するように流路が形成される。そして、前記血液流路内の領域中で、前記細管束の前記間隔により形成された間隙に、その容積の一部を埋めるように介挿部材が配置され、前記介挿部材は前記血液流路と連通する流路を有する。前記一対のスペーサは前記細管束の両側部に配置された一対の連結桟により互いに連結されるとともに、前記介挿部材が前記連結桟に結合されて、前記一対のスペーサと前記介挿部材が一体化された一体化スペーサ部材が形成されている。 In order to solve the above-mentioned problem, the thin tube bundle module is divided in the direction of the blood flow path to form a stacked structure of a plurality of thin tube bundles each including a plurality of the heat transfer thin tubes. A pair of spacers are attached to regions on both sides of the blood flow path so that a predetermined interval is formed between the stages of the thin tube bundle. At least one of the flow chambers is partitioned into a plurality of flow compartments by partition walls corresponding to the intervals, and the heat medium liquid flowing from the introduction port passes through any of the flow compartments. A flow path is formed so as to sequentially pass through the plurality of stages of thin tube bundles and to flow out of the outlet port via any one of the flow compartments. An insertion member is disposed in the region in the blood flow path so as to fill a part of the volume in the gap formed by the gap of the thin tube bundle, and the insertion member is disposed in the blood flow path. A flow path in communication with the flow path. The pair of spacers are connected to each other by a pair of connecting bars disposed on both sides of the thin tube bundle, and the insertion member is coupled to the connecting bars so that the pair of spacers and the insertion member are integrated. An integrated spacer member is formed.
上記構成の熱交換器によれば、複数段に分割された細管束に順次、熱媒体液を通過させる構成により、伝熱細管を流れる熱媒体液の流速を容易に大きくすることができるので、伝熱細管の内壁における境膜抵抗が低減され、血液流路の容積の増大を抑制しながら、熱交換効率を向上させることが可能となる。 According to the heat exchanger having the above configuration, the flow rate of the heat medium liquid flowing through the heat transfer thin tubes can be easily increased by the structure in which the heat medium liquid is sequentially passed through the bundle of thin tubes divided into a plurality of stages. The film resistance on the inner wall of the heat transfer thin tube is reduced, and the heat exchange efficiency can be improved while suppressing the increase in the volume of the blood flow path.
また、細管束の各段間にスペーサを装着して形成した間隔に対応させて、細管束モジュールの端部の流動室を分割することにより、複数段の細管束に順次熱媒体液を通過させる簡潔な構造が得られる。 Further, by dividing the flow chamber at the end of the thin tube bundle module in accordance with the interval formed by attaching a spacer between each step of the thin tube bundle, the heat medium liquid is sequentially passed through the multi-stage thin tube bundle. A simple structure is obtained.
更に、スペーサが装着されることによる血液流路の容積の増大を、血液流路内の細管束の間の間隙に介挿部材を配置することにより抑制できる。介挿部材は、連結桟を介して一対のスペーサとともに一体化することにより、血液流路を形成するための封止に際して、血液流路となるべき領域に精度よく保持される。 Furthermore, an increase in the volume of the blood channel due to the mounting of the spacer can be suppressed by disposing the insertion member in the gap between the thin tube bundles in the blood channel. The insertion member is integrated with a pair of spacers via a connecting bar so that the insertion member is accurately held in a region to be a blood flow path when sealing for forming a blood flow path.
本発明の医療用熱交換器は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The medical heat exchanger of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記介挿部材は、最外周に外枠部を有し、前記外枠部は、前記血液流路を囲む前記シール部材の内周面に沿って設けられた前記シール部材とは異なる材料からなる環状封止部により封止され、前記伝熱細管は金属材料からなり、前記ハウジング及び前記一体化スペーサ部材は第1樹脂材料からなり、前記環状封止部は、前記第1樹脂材料との接着性の良好な第2樹脂材料からなり、前記シール部材は、前記伝熱細管の金属材料との接着性の良好な第3樹脂材料からなる構成とすることができる。 That is, the insertion member has an outer frame portion on the outermost periphery, and the outer frame portion is made of a material different from the seal member provided along the inner peripheral surface of the seal member surrounding the blood flow channel. The heat transfer thin tube is made of a metal material, the housing and the integrated spacer member are made of a first resin material, and the annular seal portion is made of the first resin material. The second resin material having good adhesion can be used, and the sealing member can be made of a third resin material having good adhesion to the metal material of the heat transfer thin tube.
また、前記第3樹脂材料は前記第2樹脂材料よりも前記伝熱細管の金属材料との接着性が良好であり、前記環状封止部とシール部材の界面が前記一体化スペーサ部材の前記連結桟と交差する点から、前記介挿部材の外枠部と前記環状封止部の界面に沿って前記外枠部の内周面に至る経路が、所定の長さよりも長くなるように、前記外枠部の表面上に凹凸構造が形成されている構成とすることが好ましい。 Further, the third resin material has better adhesion to the metal material of the heat transfer narrow tube than the second resin material, and the interface between the annular sealing portion and the seal member is the connection of the integrated spacer member. The path from the point intersecting the crosspiece to the inner peripheral surface of the outer frame portion along the interface between the outer frame portion of the insertion member and the annular sealing portion is longer than a predetermined length. It is preferable that a concavo-convex structure is formed on the surface of the outer frame portion.
また、前記細管束は、両端部に配置された細管列保持部材により前記伝熱細管の配列状態が保持され、前記一対のスペーサは、隣接する前記細管束の段間で対向する前記細管列保持部材の間に装着されている構成とすることができる。 In addition, the thin tube bundle is held in a state where the heat transfer thin tubes are arranged by thin tube row holding members arranged at both ends, and the pair of spacers holds the thin tube row that is opposed between adjacent stages of the thin tube bundle. It can be set as the structure with which it was mounted | worn between members.
また、前記血液流路は、前記環状封止部の内周面により形成された円筒状であり、前記介挿部材の外枠部は、円環状である構成とすることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the blood flow path has a cylindrical shape formed by an inner peripheral surface of the annular sealing portion, and the outer frame portion of the insertion member has an annular shape.
また、前記熱媒体液が、前記血液流路の下流側に配置された下流段の前記細管束から上流側に配置された上流段の前記細管束に向かって順次通過するように、前記伝熱細管ヘッダーが構成されることが好ましい。 Further, the heat transfer liquid is sequentially passed from the downstream thin tube bundle disposed on the downstream side of the blood flow channel toward the upstream thin tube bundle disposed on the upstream side. A capillary header is preferably constructed.
本発明の人工肺装置は、上記いずれかの構成の医療用熱交換器と、ガス流路と交差してガス交換を行うための血液流路を有する人工肺とを備え、前記医療用熱交換器と前記人工肺とは積層されて、前記医療用熱交換器の前記血液流路と前記人工肺の前記血液流路が連通している構成とすることができる。 An oxygenator of the present invention includes a medical heat exchanger having any one of the above-described configurations, and an oxygenator having a blood channel for performing gas exchange intersecting with the gas channel, and the medical heat exchanger The blood vessel of the medical heat exchanger and the blood channel of the oxygenator can be communicated with each other by stacking the vessel and the oxygenator.
以下、本発明の実施の形態における医療用の熱交換器及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a medical heat exchanger and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1Aは、実施の形態1における熱交換器を示す平面図である。図1Bは、図1AのA−A断面図である。この熱交換器は、熱媒体液として冷温水を流通させるための複数本の伝熱細管1から構成された細管束モジュール2と、細管束モジュール2を封止したシール部材3a〜3cと、それらを収容したハウジング4とから構成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1A is a plan view showing a heat exchanger according to
複数本の伝熱細管1は、平行に配列され積層されて細管束を形成し、各々の伝熱細管1の内腔に冷温水が流される。中央部のシール部材3cは、細管束モジュール2の長手方向中央部に、各々の伝熱細管1の外表面に接触して被熱交換液である血液を流通させるための熱交換領域として、円形断面を有する血液流路5を形成している。両端部のシール部材3a、3bは、細管束モジュール2の両端を露出させている。
The plurality of heat transfer
ハウジング4は、細管束モジュール2の両端に面して伝熱細管ヘッダー、すなわち冷温水を導入、導出するため冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7を有する。ハウジング4は更に、血液流路5の両端に面して血液導入口8、および血液導出口9(図1B参照)を有する。冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7にはそれぞれ、冷温水導入ポート6a、及び冷温水導出ポート7aが設けられている。また、シール部材3a〜3cのそれぞれの間には、間隙10が設けられ、ハウジング4には、間隙10に対応させた漏液排出孔11が設けられている。
The housing 4 faces both ends of the thin
図1Bに示すように、冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7は、両端部のシール部材3a、3bから露出した細管束モジュール2の両端をそれぞれ包囲する空室である流動室を形成している。従って、導入され導出される冷温水は全て、冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7が形成する流動室を経由して流動する。
As shown in FIG. 1B, the cold / hot
以上の構成において、血液を、血液導入口8から血液流路5に流入させて、血液導出口9から流出するように流動させる。同時に、冷温水を、冷温水導入ヘッダー6から細管束モジュール2に流入させて、冷温水導出ヘッダー7から流出するように流動させる。それにより、血液流路5において、血液と冷温水の間で熱交換が行われる。また、血液が漏洩した場合、及び冷温水が漏洩した場合のいずれの場合においても、従来例と同様、間隙10により即座にシール漏れを検知でき、また、血液汚染の発生を防止できる。
In the above configuration, blood flows from the
細管束モジュール2は、図1Bに示すように、各々3層の伝熱細管1を含む3段の第1〜第3細管束12a〜12cに分割されている。すなわち、第1〜第3細管束12a〜12cは各々が、伝熱細管1を3層に積層して構成されている。そして、第1〜第3細管束12a〜12cが積層されて、細管束モジュール2が構成されている。第1〜第3細管束12a〜12cの各段間にはスペーサ13が装着され、所定長さの間隔が形成されている。スペーサ13で間隔を設けることにより、以下に説明するように、冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7の内部の流動室を、複数の流動分室に区画することが容易になる。
As shown in FIG. 1B, the thin
冷温水導入ヘッダー6はその内部の流動室が、隔壁6bにより上部流動分室14aと下部流動分室14bとに区切られている。上部流動分室14a内には第1、第2細管束12a、12bの端部が配置され、下部流動分室14b内には第3細管束12cの端部が配置されている。また、冷温水導出ヘッダー7はその内部の流動室が、隔壁7bにより上部流動分室15aと下部流動分室15bとに区切られている。上部流動分室15a内には第1細管束12aの端部が配置され、下部流動分室15b内には第2、第3細管束12b、12cの端部が配置されている。
The flow chamber inside the cold / hot
このように、冷温水導入ヘッダー6の流動室を、隔壁6bにより上部流動分室14aと下部流動分室14bとに区画し、また、冷温水導出ヘッダー7の流動室を、隔壁7bにより上部流動分室15aと下部流動分室15bとに区画するためには、スペーサ13により、第1〜第3細管束12a〜12cの各段間に間隔を形成することが必要である。隔壁6b及び隔壁7bの第1〜第3細管束12a〜12cに対向する端部を、間隔に対応させて位置させることにより、容易に流動室を所定の状態に区画することができるからである。但し、スペーサ13を配置することにより、血液流路5内の領域では第1〜第3細管束12a〜12cの各段間に間隙が形成される。その間隙を埋めるための介挿部材20が配置されている。これについては、後に詳述する。
Thus, the flow chamber of the cold / hot
細管束の各段間の間隔を形成するためのスペーサ13の形態について、図2A〜図4を参照して説明する。図2Aは、細管束間にスペーサを装着したモジュールの形態を示す斜視図である。但し、図示の便宜上、3段の細管束のうちの2段の第1及び第2細管束12a、12bのみを取り出して示す。また、図示の煩雑さを避けるため、一対のスペーサ13の連結構造、および介挿部材20については図示を省略する。図2Bは、同モジュールの正面図である。
The form of the
図2Aに示すように、細管束12a、12bは、伝熱細管1の軸方向に沿って4箇所に配置された細管列保持部材16a〜16dにより、複数本の伝熱細管1を結束して構成されている。スペーサ13は、細管束12a、12bの段間における細管列保持部材16a〜16dの間に装着されている。
As shown in FIG. 2A, the thin tube bundles 12 a and 12 b are formed by bundling a plurality of heat transfer
1組の細管列保持部材16a〜16dにより、一列(層)の細管列が結束される。その結束状態を、図3Aの斜視図に示す。図3Bはその正面図である。互いに平行な状態で一列に配列された複数本の伝熱細管1(図3Aの例では16本)が、細管列保持部材16a〜16dにより保持されて、一層分の伝熱細管群が形成されている。細管列保持部材16a〜16dは、各々が伝熱細管1を横切る帯状に形成されており、伝熱細管1が貫通している。このような形態の伝熱細管群は、複数本の伝熱細管1が配置された金型に樹脂を流し込んで、細管列保持部材16a〜16dを形成することによって、即ち、インサート成形によって形成することができる。細管列保持部材16a〜16dの上下面には、伝熱細管1を嵌合可能な複数の細管受け凹部17が形成されている。
One row (layer) of thin tube rows is bound by one set of thin tube
図2Aに示した細管束12a、12bは、図3Aの伝熱細管群を各々3層積層して形成される。積層する際には、各伝熱細管群を構成する伝熱細管1は、上下に隣り合う別の伝熱細管群の細管列保持部材16a〜16dに設けられた細管受け凹部17に嵌め込まれる。そのため、上下に隣り合う層ごとに、細管列保持部材16a〜16dが交互にずれて配置される。また、細管列保持部材16a〜16dは、伝熱細管1の両端の領域に一対づつ配置されている。すなわち、一端側に細管列保持部材16a、16bが、他端側に細管列保持部材16c、16dが、それぞれ近接して配置されている。この配置により、両端の細管列保持部材16b、16dの間に、図1B等に示した間隙10が形成されている。
The
また、細管束12a、12bの段間の細管列保持部材16a〜16dの間に介在するようにスペーサ13が装着され、所定の大きさの間隔18を形成している。スペーサ13は、間挿部13a、13bと、その両者間を結合する結合部13cを有する。間挿部13a、13bを上下の細管列保持部材16a〜16dの間に介在させることにより、細管束12a、12b間の間隔18が保持される。
Further, a
図4に、スペーサ13の連結構造を示す。但し、介挿部材20については図示を省略し、介挿部材20との一体化構造については後述する。図4に示す連結構造では、それぞれ間挿部13a、13b、および結合部13cを含む一対のスペーサ13が、連結桟19により連結されている。このように一対のスペーサを一体化することにより、製造工程での取り扱いが容易になる。
FIG. 4 shows a connection structure of the
ところで、シール部材3a〜3cの領域では、各段間の間隔に対応する部分には、シール樹脂が充填されるので間隙が形成されることはない。しかし、スペーサ13が装着されることにより、血液流路5内の領域では、第1〜第3細管束12a〜12cの各段間にその間隔に対応する間隙が形成される。この間隙は、血液流路5内の血液充填量を増大させる原因となる。この血液充填量の増大を抑制するために、段間の間隙には、図1Bに示すように介挿部材20が配置されている。介挿部材20を配置することにより、細管束12a〜12cの各段間の間隙の一部を埋めて、その容積を低減させることができる。
By the way, in the area | region of the sealing
介挿部材20の形状の例を、図5Aに示す。この介挿部材20は、同心円状に配列された複数本の円環リブ21と、円環リブ21の径方向に放射状に延在して、円環リブ21を連結する接続リブ22からなる。最外周の円環リブ21は円環枠23に支持されている。円環枠23の部分で、シール部材3c中に封止されている。図1Bに示す接続リブ22の箇所は、円環リブ21間の隙間24に対応する。血液流路5はこの隙間24の部分で介挿部材20を貫通して、流路の連続性が確保されている。
An example of the shape of the
図5Bは、介挿部材20の一部を示す断面図である。円環リブ21は、血液流路5の方向を短軸とする楕円形の断面を有する。それにより、熱交換効率を減少させることなく、血液充填量を減少させることができる。
FIG. 5B is a cross-sectional view showing a part of the
本実施の形態のように、介挿部材20を配置することにより、血液流路5内の血液充填率を低減させる効果に加えて、第1〜第3細管束12a〜12cの各段間に間隙のみが存在する場合に比べて、当初間隙に存在する気泡が、抜け易くなる効果も得られる。気泡が抜けることにより、熱交換効率も向上する。
In addition to the effect of reducing the blood filling rate in the
介挿部材20を配置することにより、熱交換効率がある程度低下することは止むを得ないが、熱交換効率の低下を抑制するためには、伝熱細管1と介挿部材20の重なりができる限り少なくなるように、介挿部材20の形状を設定する。図5Aに示したような同心円状の円環リブ21により構成することは、血液充填量の低減と熱交換効率の維持のバランスを、満足できる範囲に調整するために有効である。
By arranging the
介挿部材20は、各段間に配置されるので、スペーサ13と一体化すれば、第1〜第3細管束12a〜12cと組み合わせて一体に組み立てる際の作業が容易になる。一方、介挿部材20をスペーサ13とは別体として分離した場合、第1〜第3細管束12a〜12cと組み合わせてシール部材3a〜3cにより封止する際に、介挿部材20を血液流路5に対して位置決めするための構造が必要となる。これに対して、介挿部材20をスペーサ13と一体化すれば、介挿部材20がスペーサ13を介して位置決めされるので、シール部材3a〜3cによる封止を精度よく行うことができる。
Since the
図6Aに、介挿部材20をスペーサ13と一体化した構造の例を示す。この一体化構造は、一対のスペーサ13を連結桟19により一体とし、さらに、介挿部材20を連結桟19と結合させたものである。このような構造であれば、第1〜第3細管束12a〜12cに対して、スペーサ13を上下の細管列保持部材16a〜16d(図2A参照)の間に介在させることにより、一体化構造全体が第1〜第3細管束12a〜12cの間で位置決めされる。従って、介挿部材20は、円環枠23の部分がシール部材3cにより封止されたときに血液流路5となるべき領域に精度よく保持される。
FIG. 6A shows an example of a structure in which the
本実施の形態において、伝熱細管1を構成する材料としては、例えばステンレス鋼等の金属材料が好適である。ハウジング4の材料としては、例えば、透明で且つ耐破損強度に優れたポリカーボネート樹脂のような樹脂材料を用いることができる。シール部材3a〜3cを形成するための樹脂材料としては、例えば、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。このうち、伝熱細管1を構成する材料(例えば、金属材料)との接着性に優れている点からは、エポキシ樹脂が好ましい。スペーサ13の材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂を用いることができる。介挿部材20は、スペーサ13と同一の材料により一体成形される。
In the present embodiment, the material constituting the heat transfer
本実施の形態の一体化構造では、介挿部材20の円環枠23の部分に、凹凸構造25が形成されている。凹凸構造25の断面形状を図6Bに示す。この断面は、介挿部材20の径方向に沿った断面である。円環枠23の外周部23aと内周部23bの間に凹凸構造25が設けられ、円環枠23の径方向に沿って凹凸を繰り返している。このような凹凸構造25を設ける理由について、図7を参照して説明する。
In the integrated structure of the present embodiment, the concavo-
図7は、第1〜第3細管束12a〜12cが、スペーサ13と介挿部材20の一体構造を介して積層され、シール部材3a〜3cにより封止された状態を示す平面図である。標準的には、シール部材3a〜3cとしては、エポキシ樹脂を用いる。伝熱細管1を構成する材料(例えば、金属材料)との接着性に優れているからである。スペーサ13の材料としては、ポリカーボネート樹脂を用いるので、介挿部材20もポリカーボネート樹脂により形成される。そのため、シール部材3cのうち、介挿部材20の円環枠23を封止する環状封止部26には、ポリウレタン樹脂を用いる。ハウジング4および介挿部材20のポリカーボネート樹脂との接着性が良好だからである。
FIG. 7 is a plan view showing a state in which the first to third
しかし、ポリカーボネート樹脂とエポキシ樹脂との接着性や、ポリウレタン樹脂と金属製の伝熱細管との接着性は、十分に良好ではない。そのため、図6に示すようなスペーサと介挿部材を一体にした部材を細管束で挟持した構造を、ポリウレタン樹脂のみでシールした場合、ポリウレタン樹脂と伝熱細管との接合部を伝わって、液が滲出する恐れがある。そのような経路による液の浸出(入)を防止するため、エポキシ樹脂からなるシール部材3cにより、ポリカーボネート樹脂からなる連結桟19までを封止した構成としている。
However, the adhesion between the polycarbonate resin and the epoxy resin and the adhesion between the polyurethane resin and the metal heat transfer thin tube are not sufficiently good. Therefore, when the structure in which the spacer and the interposer member integrated as shown in FIG. 6 are sandwiched by the thin tube bundle is sealed with only the polyurethane resin, the liquid is transmitted through the joint portion between the polyurethane resin and the heat transfer thin tube. There is a risk of exudation. In order to prevent the liquid from leaching out (entering) through such a path, the connecting
一方、ポリウレタン樹脂を使用しない場合、即ち、伝熱細管をエポキシ樹脂のみでシールした場合は、介挿部材20や連結桟19を形成するポリカーボネート樹脂とエポキシ樹脂との接着性が良好でないため、その接合部より、液が滲出する恐れがある。従って、図7に示すように、エポキシ樹脂製のシール部材3cと円環枠23との境界部をポリウレタン樹脂でシールした環状封止部26を形成することで、液洩れを防止する。
On the other hand, when the polyurethane resin is not used, that is, when the heat transfer thin tube is sealed only with the epoxy resin, the adhesive property between the polycarbonate resin and the epoxy resin forming the
以上のような構造を採用しても、更に、シール部材3cが連結桟19を封止している部分では、連結桟19とシール部材3cの界面を通して、細管列保持部材16a〜16dの領域まで連通する経路が形成され易い。従って、もしも血液流路5が、ポリウレタン樹脂からなる環状封止部26とポリカーボネート樹脂からなる円環枠23との界面を通して、連結桟19とシール部材3cの界面まで連通すると、血液流路5は、細管列保持部材16a〜16dの領域、従って外部と連通する。その結果、血液が漏洩する恐れが発生する。
Even when the structure as described above is employed, in the portion where the sealing
環状封止部26のポリウレタン樹脂と、円環枠23のポリカーボネート樹脂の界面は、図7に矢印Bあるいは矢印Cで示すような経路で、連結桟19とシール部材3cの界面まで連通する。矢印Bの経路は最も長く、矢印Cの経路は最も短い。実験によれば、ポリウレタン樹脂とポリカーボネート樹脂の界面が、例えば、接着距離が所定値、例えば10mm以上であれば、漏洩を回避可能な状態に設定することが可能である。円環枠23の凹凸構造25は、環状封止部26における接着距離を長くして、そのような漏洩を回避するための手段として形成されている。
The interface between the polyurethane resin of the
すなわち凹凸構造25は、図6Bに示したように、円環枠23の外周部23aと内周部23bの間で、表面に凹凸の繰り返しを形成するものである。この凹凸の繰り返しにより、円環枠23の径方向における環状封止部26と円環枠23の界面の距離が長くなる。これにより、ポリウレタン樹脂とポリカーボネート樹脂の接着距離を所定値、例えば10mm以上にすることができる。
That is, the concavo-
図7に示すように、凹凸構造25は4箇所に形成されており、それらの箇所では、凹凸構造25が形成されていない場合には、上述のような接着距離が所定値未満となる。このような箇所に凹凸構造25を設けることにより、漏洩を回避する効果を得ることができる。なお、10mm以上というような漏洩回避に必要な接着距離の値は、種々の条件によって変動する。従って、環状封止部26と円環枠23の界面の距離における漏洩の可能性のある箇所を、仕様に応じて各々選択して凹凸構造25を設けることが必要である。
As shown in FIG. 7, the concavo-
以上のように構成された熱交換器によって得られる作用および効果について、以下に述べる。冷温水導入ポート6aから冷温水導入ヘッダー6の下部流動分室14bに導入された冷温水は、第3細管束12cの伝熱細管1の内腔を経由して、冷温水導出ヘッダー7の下部流動分室15bに流れ込む。そこで更に、第2細管束12bの伝熱細管1に進入して、冷温水導入ヘッダー6の上部流動分室14aに達する。そこで次に、第1細管束12aの伝熱細管1に進入して、冷温水導出ヘッダー7の上部流動分室15aに達し、冷温水導出ポート7aから流出する。
Operations and effects obtained by the heat exchanger configured as described above will be described below. The cool / warm water introduced from the cool / warm
このようにして、冷温水導入ヘッダー6及び冷温水導出ヘッダー7は、導入される冷温水が、3段の第1〜第3細管束12c〜12aを順次通過するように構成されている。このように、導入される冷温水が、分割された複数段の細管束を順次通過する構成を、以降の記載においては分割通流と称する。これに対して従来例ように、導入される冷温水が冷温水導入ヘッダー6において全ての伝熱細管1に一斉に流入する構成を一斉通流と称する。
In this way, the cold / hot
分割通流を採用することにより、一斉通流の場合に比べて、冷温水流量が同一であれば、細管束12c〜12aの各々の伝熱細管1を流れる冷温水の流速を大きくすることができる。それにより、伝熱細管1の内壁における境膜抵抗が低減され、熱交換効率を向上させることができる。なお、従来の一斉通流において、冷温水の供給源からの供給流量(流速)を増大させれば熱交換効率を向上させることはできるが、冷温水供給源の流速を医療施設側で増大させることは、実際には困難である。従って、本実施の形態のようにして熱交換効率を向上させることは、実用的に極めて効果的である。
By adopting the divided flow, the flow rate of the cold / hot water flowing through the heat transfer
また、図1Bに示した実施の形態においては縦方向折り返し構造、すなわち、細管束モジュール2が血液の流通方向すなわち縦方向において分割されて、複数段の細管束が形成された構造が採用されている。しかも冷温水は、血液流路5の下流側に配置された下流段の細管束12cから上流段に向かって、細管束12b、細管束12aと順次経由して流動する。これにより、血流に対して冷温水の流れが向流になり、より高い熱交換効率を得るために効果的である。
In the embodiment shown in FIG. 1B, a vertically folded structure, that is, a structure in which the thin
以上のように、分割通流により熱交換効率が向上する効果について実験した結果を、図8に示す。但し、介挿部材がない状態での実験結果である。図8における「分割並流」及び「分割向流」が、一斉通流に対する本実施の形態による分割通流の場合を示す。「分割向流」は、図1Bに示したような、熱媒体液の流通方向に細管束モジュールが分割され、熱媒体液が向流となるように設定された場合である。「分割並流」は、分割の態様は同様であるが、熱媒体液が血液の流通と同じ向きである並流となるように設定された場合を示す。いずれの場合も、血液流路5の開口径は70mm、伝熱細管1の層数は12層とした。
As described above, FIG. 8 shows the result of an experiment on the effect of improving the heat exchange efficiency by the divided flow. However, it is an experimental result in the state without an insertion member. The “divided parallel flow” and “divided counterflow” in FIG. 8 show the divided flow according to the present embodiment for the simultaneous flow. The “divided counterflow” is a case where the thin tube bundle module is divided in the flow direction of the heat medium liquid as shown in FIG. 1B and set so that the heat medium liquid becomes a countercurrent. “Divided parallel flow” indicates a case where the division mode is the same, but the heat medium liquid is set to have a parallel flow in the same direction as the circulation of blood. In any case, the opening diameter of the
図8から、一斉通流の場合に比べて、分割通流である分割並流及び分割向流の場合の熱交換効率が高いことが判る。これは、上述のように、分割通流の方が伝熱細管1を流れる冷温水の流速が大きいことにより、境膜抵抗が低減するためである。また、血液下流側においても、熱媒体液と血液との温度差を高く維持できるので、分割並流の場合よりも分割向流の場合の方が熱交換効率が高い結果が得られている。一斉通流に対して、分割並流の場合は熱交換効率が36%向上し、分割向流の場合は熱交換効率が54%向上している。
From FIG. 8, it can be seen that the heat exchange efficiency is higher in the case of divided parallel flow and divided counter flow, which are divided flow, compared to the case of simultaneous flow. This is because, as described above, the flow resistance of the cool / warm water flowing through the heat transfer
次に、図1Bに示したように、細管束モジュール2を熱媒体液の流通方向に分割して、複数層の細管束を構成する場合の、適切な細管束の段数、及び各細管束を構成する伝熱細管1の適切な層数について検討した結果を、図9に示す。
Next, as shown in FIG. 1B, when the thin
図9の(a)は、細管束の段数が2段、すなわち冷温水の流れを折り返す段数が2段の場合であり、各段の細管束を構成する伝熱細管が3層(積層本数)、4層、5層、及び6層の場合の熱交換効率の測定結果を示す。図9の(b)は、折り返し細管束の段数が3段の場合であり、各段の細管束を構成する伝熱細管が2層、3層、及び4層の場合の熱交換効率の測定結果を示す。横軸の下部に示したESAは、有効膜面積(Effective Surface Area)、Uは熱媒体の流速を示す。図9から、折り返し細管束段数は、(a)の2段の場合に比べて、(b)の3段の場合の方が高い熱交換効率を得易いことが判る。 (A) of FIG. 9 is a case where the number of stages of the thin tube bundle is two, that is, the number of stages where the flow of the cold / hot water is folded is two, and the heat transfer thin tubes constituting the thin tube bundle of each stage are three layers (the number of laminated layers). The measurement result of the heat exchange efficiency in the case of 4 layers, 5 layers, and 6 layers is shown. FIG. 9B shows the case where the number of stages of the folded thin tube bundle is three, and the measurement of the heat exchange efficiency in the case where the heat transfer thin tubes constituting the thin tube bundle of each step are two layers, three layers, and four layers. Results are shown. ESA shown at the bottom of the horizontal axis is an effective surface area, and U is a flow rate of the heat medium. From FIG. 9, it can be seen that the number of folded thin tube bundles is higher in the case of three stages in (b) than in the case of two stages in (a).
折り返し細管束段数が3段の場合、細管束を構成する伝熱細管の層数が2層、すなわち図9の(b)の左端の2−2−2層の構成の場合、3層、及び4層の場合に比べて若干熱交換効率が劣る。しかし、2段の場合に比べれば高い熱交換効率を得ることが可能である。しかも、3段を合計した伝熱細管の層数は6層であり、これに対応する伝熱細管層数を有する2段で3−3層の構成に比べれば、十分に高い熱交換効率が得られる。伝熱細管層数が同一ということは、血液充填量が同程度であることを意味する。従って、2−2−2層の構成によれば、血液充填量を抑制しながら、熱交換効率を向上させることが可能であることが判る。 When the number of folded thin tube bundles is 3, the number of layers of the heat transfer thin tubes constituting the thin tube bundle is 2, that is, the case of the 2-2-2 layer at the left end of FIG. The heat exchange efficiency is slightly inferior to the case of four layers. However, it is possible to obtain high heat exchange efficiency compared to the case of two stages. In addition, the total number of heat transfer thin tubes in the three stages is six, and the heat exchange efficiency is sufficiently high as compared with the two-stage structure having two or more heat transfer thin tube layers corresponding to this. can get. The same number of heat transfer thin tube layers means that the blood filling amount is about the same. Therefore, according to the structure of 2-2-2 layer, it turns out that heat exchange efficiency can be improved, suppressing the blood filling amount.
また、3段の場合に、細管束を構成する伝熱細管の層数が3層と4層との間では、熱交換効率に有意な差は見られないことが判る。但し、4段以上はオーバースペックであり、圧損の増大のため、流量も増えない。この結果を考慮すれば、3層の伝熱細管により構成された細管束を3段に積層した場合に、実用上最も良好な構造が得られることが判る。 In the case of three stages, it can be seen that there is no significant difference in heat exchange efficiency when the number of heat transfer thin tubes constituting the thin tube bundle is between 3 and 4 layers. However, four or more stages are over-spec, and the flow rate does not increase due to increased pressure loss. Considering this result, it can be seen that the best practical structure can be obtained when thin tube bundles composed of three layers of heat transfer thin tubes are laminated in three stages.
また、3段折り返し構造のように、奇数回の返し構造の場合、冷温水導入ポート6aと冷温水導出ポート7aを細管束モジュール2の両端に振り分けることができ、ポートレイアウトのバランスが良い利点もある。
In addition, in the case of an odd number of turn-back structures such as a three-stage folded structure, the cold / hot
なお、上述の図面には図示されていないが、ハウジング4は、例えばハウジング底部とハウジング上部のように分割して形成され、細管束モジュール2等を収容して一体に結合させる構造を有する。
Although not shown in the above-mentioned drawings, the housing 4 is divided and formed, for example, at the bottom of the housing and the top of the housing, and has a structure in which the thin
また、上述の説明では、細管束が3段の場合の冷温水導入ヘッダー及び冷温水導出ヘッダーの構造を示したが、他の段数の場合も同様に構成することは容易である。すなわち、上流端または下流端に位置する1段の細管束に対応する流動分室を必ず設ける。従って、少なくとも冷温水導入ヘッダー及び冷温水導出ヘッダーには流動分室が形成される。また、他の2段毎の細管束に対応させて流動分室を区画する。導入ポートおよび導出ポートは、1段の細管束に対応する流動分室に対して設ける。それにより、導入ポートから流入する熱媒体液が複数段の細管束を順次通過し、導出ポートから流出するように流路が形成される。 In the above description, the structure of the cold / hot water introduction header and the cold / hot water lead-out header in the case where the thin tube bundle has three stages is shown, but it is easy to configure similarly in the case of other stages. That is, a flow compartment corresponding to the one-stage thin tube bundle located at the upstream end or the downstream end is necessarily provided. Accordingly, a flow compartment is formed at least in the cold / hot water introduction header and the cold / hot water lead-out header. In addition, the flow compartment is partitioned in correspondence with the other two-stage thin tube bundles. The introduction port and the discharge port are provided for the flow compartment corresponding to the one-stage thin tube bundle. Thereby, the flow path is formed so that the heat medium liquid flowing in from the introduction port sequentially passes through the plurality of stages of thin tube bundles and flows out from the outlet port.
細管束の段間に介挿部材を配置することによる熱交換効率の低下については、形状的に、介挿部材と伝熱細管の重なりが多い構造の場合は低下が大きい。介挿部材が血流を遮って、伝熱細管の外表面に沿った血流が制限されるためであると考えられる。従って、伝熱細管1との重なりができる限り少なくなるように、介挿部材20の形状を適切に設定することにより、熱交換効率の低下を実用上問題のない範囲に抑制して、血液流路における血液充填率を低減させることができる。
About the fall of the heat exchange efficiency by arrange | positioning an insertion member between the steps of a thin tube bundle, in the case of a structure where there is much overlap of an insertion member and a heat-transfer thin tube, a fall is large. This is probably because the insertion member blocks the blood flow and restricts the blood flow along the outer surface of the heat transfer tubule. Accordingly, by appropriately setting the shape of the
(実施の形態2)
図10は、実施の形態2における人工心肺装置を示す断面図である。この人工心肺装置は、実施の形態1における熱交換器30を人工肺40と組み合わせて構成されている。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the oxygenator according to the second embodiment. This heart-lung machine is configured by combining the
熱交換器30は、人工肺40の上に積層されており、人工肺40のハウジング31に熱交換器30のハウジング4が結合されている。但し、熱交換器30のハウジング4と人工肺40のハウジング31が一体に形成された構造とすることもできる。人工肺40の領域には、酸素ガスを導入するためガス導入路32、血液中の二酸化炭素等を導出するためのガス導出路33が設けられている。
The
人工肺40は、複数本の中空糸膜34と、シール部材35とを備えている。シール部材35は、ガス導入路32やガス導出路33に血液が侵入しないように、中空糸膜34をシールしている。シール部材35によるシールは、中空糸膜34を構成する中空糸の両端が露出するように行われている。ガス導入路32とガス導出路33とは、中空糸膜34を構成する中空糸によって連通している。
The
また、人工肺40においてシール部材35の存在していない空間は、円筒状の血液流路36を構成しており、血液流路36内には中空糸膜34が露出している。更に、血液流路36の血液入口側は、熱交換器30の血液流路5の出口側に連通している。
Further, the space where the sealing
以上の構成により、血液流路5を通って熱交換された血液は、血液流路36へと流れ込み、そこで、中空糸膜34に接触する。このとき、血液には、中空糸膜34を流れる酸素ガスが取り込まれる。また、酸素ガスが取り込まれた血液は、ハウジング31に設けられた血液導出口37から、外部に導出され、患者に返血される。一方、血液中の二酸化炭素は、中空糸膜34に取り込まれ、その後、ガス導出路33によって導出される。
With the above configuration, the blood heat-exchanged through the
このように、図10に示す人工心肺装置においては、熱交換器30によって血液の温度調整が行われ、温度調整が行われた血液は人工肺40によってガス交換される。また、このとき、熱交換器30にシール漏れが発生し、伝熱細管1を流れる冷温水が流出しても、冷温水は間隙10に溜まり、その後、外部に排出される。このため、図10に示す人工心肺装置によれば、シール漏れを検知でき、又冷温水による血液の汚染を抑制できる。
Thus, in the oxygenator shown in FIG. 10, the blood temperature is adjusted by the
本発明によれば、伝熱細管を流れる冷温水の流速を大きくできるので、伝熱細管の内壁における境膜抵抗を低減して、血液流路の容積の増大を抑制しながら、熱交換効率を向上させることが可能であり、人工心肺装置等に用いる熱交換器として有用である。 According to the present invention, since the flow rate of cold / hot water flowing through the heat transfer thin tube can be increased, the film resistance on the inner wall of the heat transfer thin tube is reduced, and the increase in the volume of the blood flow path is suppressed, and the heat exchange efficiency is increased. It can be improved and is useful as a heat exchanger for use in an oxygenator or the like.
1、101 伝熱細管
2、102 細管束モジュール
3a〜3c、103a〜103c シール部材
4、104 ハウジング
5、105 血液流路
6 冷温水導入ヘッダー
6a 冷温水導入ポート
6b、7b 隔壁
7 冷温水導出ヘッダー
7a 冷温水導出ポート
8、106 血液導入口
9、107 血液導出口
10、108 間隙
11、109 漏液排出孔
12a〜12c 第1〜第3細管束
13 スペーサ
13a、13b 間挿部
13c 結合部
14a、15a 上部流動分室
14b、15b 下部流動分室
16a〜16d 細管列保持部材
17 細管受け凹部
18 間隔
20 介挿部材
21 円環状リブ
22 接続リブ
23 円環枠
23a 外周部
23b 内周部
24 隙間
25 凹凸構造
26 環状封止部
30 熱交換器
31 ハウジング
32 ガス導入路
33 ガス導出路
34 中空糸膜
35 シール部材
36 血液流路
37 血液導出口
40 人工肺
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Heat transfer thin tube 2,102 Thin
Claims (7)
前記伝熱細管の両端は露出するように前記細管束モジュールを封止し、前記伝熱細管の各々の外表面に接触するように血液を通過させる血液流路を形成したシール部材と、
前記シール部材及び細管束モジュールを収容するとともに、前記血液流路の両端に面して各々血液の導入口及び導出口を有するハウジングと、
前記細管束モジュールの両端部をそれぞれ包囲するように流動室を形成し、前記熱媒体液の導入及び導出ポートを有する一対の伝熱細管ヘッダーとを備えた医療用熱交換器において、
前記細管束モジュールは前記血液流路の方向において分割されて、各々が複数本の前記伝熱細管を含む複数段の細管束の積層構造が形成され、
前記複数段の細管束の段間に所定の間隔が形成されるように一対のスペーサが前記血液流路を挟む両側の領域にそれぞれ装着され、
少なくとも一方の前記流動室は、前記間隔に対応させて設けられた隔壁により複数の流動分室に区画されて、前記導入ポートから流入する前記熱媒体液が、いずれかの前記流動分室を経由して前記複数段の細管束を順次通過し、他のいずれかの前記流動分室を経由して前記導出ポートから流出するように流路が形成され、
前記血液流路内の領域中で、前記細管束の前記間隔により形成された間隙に、その容積の一部を埋めるように介挿部材が配置され、前記介挿部材は前記血液流路と連通する流路を有し、
前記一対のスペーサは前記細管束の両側部に配置された一対の連結桟により互いに連結されるとともに、前記介挿部材が前記連結桟に結合されて、前記一対のスペーサと前記介挿部材が一体化された一体化スペーサ部材が形成されていることを特徴とする熱交換器。 A thin tube bundle module formed by laminating and stacking a plurality of heat transfer thin tubes through which the heat medium liquid flows in the lumen;
A seal member that seals the thin tube bundle module so that both ends of the heat transfer thin tube are exposed, and forms a blood flow path through which blood passes so as to be in contact with the outer surface of each of the heat transfer thin tubes;
A housing that houses the seal member and the thin tube bundle module, and that has both blood inlets and outlets facing both ends of the blood channel;
In a medical heat exchanger comprising a pair of heat transfer narrow tube headers, each having a flow chamber so as to surround both ends of the thin tube bundle module, and having a heat transfer medium liquid introduction and discharge port
The thin tube bundle module is divided in the direction of the blood flow path to form a laminated structure of a plurality of thin tube bundles each including a plurality of the heat transfer thin tubes,
A pair of spacers are respectively attached to regions on both sides sandwiching the blood flow path so that a predetermined interval is formed between the stages of the plurality of thin tube bundles,
At least one of the flow chambers is partitioned into a plurality of flow compartments by partition walls corresponding to the intervals, and the heat medium liquid flowing from the introduction port passes through any of the flow compartments. A flow path is formed so as to sequentially pass through the plurality of thin tube bundles and flow out from the outlet port via any one of the flow compartments,
In the region within the blood flow path, an insertion member is disposed so as to fill a part of the volume in the gap formed by the interval of the thin tube bundle, and the insertion member communicates with the blood flow path. A flow path that
The pair of spacers are connected to each other by a pair of connecting bars disposed on both sides of the thin tube bundle, and the insertion member is coupled to the connecting bars so that the pair of spacers and the insertion member are integrated. A heat exchanger characterized in that an integrated spacer member is formed.
前記外枠部は、前記血液流路を囲む前記シール部材の内周面に沿って設けられた前記シール部材とは異なる材料からなる環状封止部により封止され、
前記伝熱細管は金属材料からなり、
前記ハウジング及び前記一体化スペーサ部材は第1樹脂材料からなり、
前記環状封止部は、前記第1樹脂材料との接着性の良好な第2樹脂材料からなり、
前記シール部材は、前記伝熱細管の金属材料との接着性の良好な第3樹脂材料からなる請求項1に記載の熱交換器。 The insertion member has an outer frame portion on the outermost periphery,
The outer frame portion is sealed by an annular sealing portion made of a material different from the seal member provided along the inner peripheral surface of the seal member surrounding the blood flow path,
The heat transfer thin tube is made of a metal material,
The housing and the integrated spacer member are made of a first resin material,
The annular sealing portion is made of a second resin material having good adhesiveness with the first resin material,
2. The heat exchanger according to claim 1, wherein the seal member is made of a third resin material having good adhesion to the metal material of the heat transfer thin tube.
前記環状封止部とシール部材の界面が前記一体化スペーサ部材の前記連結桟と交差する点から、前記介挿部材の外枠部と前記環状封止部の界面に沿って前記外枠部の内周面に至る経路が、所定の長さよりも長くなるように、前記外枠部の表面上に凹凸構造が形成されている請求項2に記載の熱交換器。 The third resin material has better adhesion to the metal material of the heat transfer capillary than the second resin material,
From the point where the interface between the annular sealing portion and the sealing member intersects with the connecting bar of the integrated spacer member, the outer frame portion of the insertion member is disposed along the interface between the outer sealing portion and the annular sealing portion. The heat exchanger according to claim 2, wherein a concavo-convex structure is formed on a surface of the outer frame portion so that a path reaching the inner peripheral surface is longer than a predetermined length.
前記一対のスペーサは、隣接する前記細管束の段間で対向する前記細管列保持部材の間に装着されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の医療用熱交換器。 In the thin tube bundle, the arrangement state of the heat transfer thin tubes is held by the thin tube row holding members arranged at both ends,
The medical heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein the pair of spacers are mounted between the thin tube row holding members facing each other between adjacent steps of the thin tube bundle.
前記介挿部材の外枠部は、円環状である請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱交換器。 The blood flow path has a cylindrical shape formed by an inner peripheral surface of the annular sealing portion,
The heat exchanger according to any one of claims 1 to 4, wherein the outer frame portion of the insertion member has an annular shape.
ガス流路と交差してガス交換を行うための血液流路を有する人工肺とを備え、
前記熱交換器と前記人工肺とは積層されて、前記熱交換器の前記血液流路と前記人工肺の前記血液流路が連通している人工肺装置。 The heat exchanger according to any one of claims 1 to 6,
An artificial lung having a blood flow path for performing gas exchange crossing the gas flow path,
The oxygenator device in which the heat exchanger and the oxygenator are stacked so that the blood channel of the heat exchanger and the blood channel of the oxygenator are in communication.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008158152A JP2009297437A (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008158152A JP2009297437A (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009297437A true JP2009297437A (en) | 2009-12-24 |
Family
ID=41544942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008158152A Pending JP2009297437A (en) | 2008-06-17 | 2008-06-17 | Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009297437A (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02504227A (en) * | 1987-07-28 | 1990-12-06 | ミンテック コーポレーション | External perfusion blood oxygenator |
JPH09509351A (en) * | 1994-03-28 | 1997-09-22 | ミンテック コーポレーション | Winding heat exchange oxygenator |
JP2003028539A (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat exchanger and refrigerating cycle system |
JP2005224301A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Jms Co Ltd | Heat exchanger, production method thereof, and pump-oxygenator |
-
2008
- 2008-06-17 JP JP2008158152A patent/JP2009297437A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02504227A (en) * | 1987-07-28 | 1990-12-06 | ミンテック コーポレーション | External perfusion blood oxygenator |
JPH09509351A (en) * | 1994-03-28 | 1997-09-22 | ミンテック コーポレーション | Winding heat exchange oxygenator |
JP2003028539A (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Heat exchanger and refrigerating cycle system |
JP2005224301A (en) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Jms Co Ltd | Heat exchanger, production method thereof, and pump-oxygenator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4337573B2 (en) | Heat exchanger, method for producing the same, and heart-lung machine | |
JP5168777B2 (en) | Hollow fiber membrane oxygenator | |
US5137531A (en) | Outside perfusion type blood oxygenator | |
JP4622862B2 (en) | Heat exchanger, method for manufacturing heat exchanger, and method for manufacturing heart-lung machine | |
JP5333224B2 (en) | Medical heat exchanger, method for manufacturing the same, and oxygenator | |
JP5321257B2 (en) | Medical heat exchanger, method for manufacturing the same, and oxygenator | |
JP2009297437A (en) | Medical heat exchanger, its method for manufacturing and oxygenator apparatus | |
US8147753B2 (en) | Heat exchanger for medical use and artificial heart-lung machine | |
CN112773961A (en) | Oxygenator, oxygenator hollow fiber membrane woven assembly and forming method thereof | |
JP2009213550A (en) | Heat exchanger and oxygenator instrument provided with the same | |
JP5088537B2 (en) | Medical heat exchanger and heart-lung machine | |
CN113144317A (en) | Oxygenator | |
EP2585130B1 (en) | A device for treating blood in an extracorporeal circulation | |
JP5088538B2 (en) | Medical heat exchanger and heart-lung machine | |
WO2022118777A1 (en) | Artificial lung | |
US20220096721A1 (en) | Artificial lung device | |
JP7310286B2 (en) | Oxygenator | |
JP2010035869A (en) | Membrane oxygenator having domelike blood introduction portion | |
WO2013018075A1 (en) | An oxygenator of organic fluids for treatments of patients in extracorporeal circulation | |
FI97568B (en) | Heat exchanger for cooling of liquid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110419 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121218 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130409 |