JP3396078B2 - 血液用熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は血液用熱交換器に関する
ものである。より詳しくは、手術等において、管体（細
管）内部または外部に血液を流通させて、患者の血液を
一定温度に保持あるいは冷却または復温するための血液
用熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、血液用熱交換器として、ハウ
ジング内に複数の熱交換用管体（例えば、多数の熱交換
用細管、またはコイル状の管体）を設置し、この熱交換
用管体内およびハウジング内面と管体外面との間に、血
液または熱交換用媒体を流通させて、両液体の熱交換を
行うものが使用されている。そして、この種の血液用熱
交換器としては、熱交換用媒体を収納した一つの熱交換
室を有するものが一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような熱
交換器では、ハウジング内面と管体外面との間を流通す
る液体の流れが不均一となり、いわゆるチャンネリング
や滞留を生ずることがあった。故に、液体を高速で流通
させることが困難で、流路も短く、熱交換効率が低いも
のであった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の目的
は、チャンネリングおよび滞留が生ずることがなく、ハ
ウジング内面と管体外面との間を流通する液体の流路が
長く、かつ液体を高速で流通させることができる熱交換
効率が高い血液用熱交換器を提供することにある。

【０００５】上記目的を達成するものは、第１液体流入
ポートと、第１液体流出ポートと、第２液体流入ポート
と、第２液体流出ポートとを有するハウジングと、該ハ
ウジング内に収納された複数の熱交換用管体と、該管体
の両端部を前記ハウジングの内面に液密に固着する隔壁
と、前記ハウジング内に形成され、前記第１液体流入ポ
ートおよび前記第１液体流出ポートと連通し、前記管体
の外面と前記ハウジングの内面と前記隔壁により形成さ
れた第１液体流通部と、前記第２液体流入ポートおよび
前記第２液体流出ポートと連通し、前記管体内部により
形成された第２液体流通部とを有する血液用熱交換器で
あって、前記第１液体流通部は、前記管体とほぼ平行に
３以上の第１液体流通室に区分されるとともに、連続す
る１本の流路を構成しており、さらに、前記ハウジング
は、中筒部および第１液体流通室を形成する内筒部が設
けられており、中筒部の内部には、前記複数の熱交換用
管体である多数の熱交換用細管から形成された細管束を
収納しており、さらに、内筒部の外面と中筒部の内面と
の間に形成される空間を２分して形成された第１液体流
入部および第１液体流出部を有する血液用熱交換器であ
る。

【０００６】そして、隣り合う流通室は、例えば、前記
隔壁付近に形成された連通部にて連通し、かつ、隣り合
う連通部は、向かい合う隔壁付近に形成されている。さ
らに、前記第１液体流通部は、第１液体流入側流通室
と、第１液体流出側流通室と、第１液体中央部流通室と
からなり、該第１液体中央部流通室の一端と前記第１液
体流入側流通室の一端が連通し、前記第１液体中央部流
通室の他端と前記第１液体流出側流通室の一端が連通し
ていることが好ましい。また、前記第１液体流通部は、
第１液体流入側流通室と、第１液体流出側流通室と、第
１液体中央部流通室とからなり、該第１液体中央部流通
室の一端は一方の隔壁付近にて前記第１液体流入側流通
室と連通し、前記第１液体中央部流通室の他端は他方の
隔壁付近にて前記第１液体流出側流通室と連通している
ことが好ましい。さらに、前記第１液体流入側流通室に
収納された管体の数をＡ、前記第１液体流出側流通室に
収納された管体の数をＢ、前記第１液体中央部流通室に
収納された管体の数をＣとしたとき、Ａ、ＢおよびＣ
は、以下の条件式（I）を満たすことが好まし い。 ０．９≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃ≦１．１ ・・・・・・・・・・ （I）

【０００７】また、前記第１液体流入側流通室の断面積
をｘ、前記第１液体流出側流通室の断面積をｙ、前記第
１液体中央部流通室の断面積をｚとしたとき、ｘ、ｙお
よびｚは、以下の条件式（II）を満たすことが好まし
い。 ０．９≦（ｘ＋ｙ）／ｚ≦１．１ ・・・ （II）

【０００８】また、管体を含む前記第１液体流入側流通
室の断面積をＸ、該第１液体流入側流通室に収納された
管体の断面積の総和をＬ、管体を含む前記第１液体流出
側流通室の断面積をＹ、前記第１液体流出側流通室に収
納された管体の断面積の総和をＭ、管体を含む前記第１
液体中央部流通室の断面積をＺ、前記第１液体中央部流
通室に収納された管体の断面積の総和をＮとしたとき、
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｌ、ＭおよびＮは、以下の条件式（III）
を満たすことが好ましい。 ０．９≦［（Ｘ−Ｌ）＋（Ｙ−Ｍ）］／（Ｚ−Ｎ）≦１．１ ・・・ （III） そして、前記ハウジングは、略円筒状ハウジングである
ことが好ましい。また、前記ハウジングは、両端が開口
した外筒部と、該開口部に取り付けられたヘッダーとか
らなることが好ましい。さらに、前記隔壁は、ポッティ
ング剤により形成されていることが好ましい。さらに、
前記管体は、細管であることが好ましい。

【０００９】

【作用】本発明の血液用熱交換器１は、体外循環回路中
に設けられるものであり、熱交換器１の第２液体流入ポ
ート４から流入した血液は、隔壁１０ａの外側面とヘッ
ダー６ｂの内面とで形成される空間４ｂおよび管体内で
形成される第２液体流通部を流通し、第２液体流出ポー
ト５より流出する。より具体的には、図７に示すよう
に、ヘッダー６ｂに設けられた第２液体流入ポート４よ
り流入した血液は、管体７ａ内を通り、隔壁１０ｂの外
面とヘッダー６ｃの内面とで形成される空間５ｂに流入
し、ヘッダー６ｃに設けられた第２液体流出ポート５よ
り外部に流出する。

【００１０】他方、第１液体流入ポート２より流入した
熱交換用媒体は、隔壁１０ａ，１０ｂの内側面、内筒部
１２の内面および管体７ａの外面で形成される第１液体
流通部を通過し、第１液体流出ポート３より外部に排出
される。より具体的には、図７に示すように、図中上側
の第１液体流入口２ａより流入した熱交換用媒体は、第
１液体流入部２ｂを経て、内筒部１２の連通口１２ａよ
り内筒部１２内部に流入し、内筒部１２内の３つの流通
室１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより形成された細くて長い
一本の流路を順次通過して、連通口１２ｂより第１液体
流出部３ｂに流出し、第１液体流出口３ａより外部に排
出される。そして、その間に、管体７ａの内部を流れる
血液は、管体７ａを介して熱交換用媒体と接触し、管体
７ａの外部を流れる媒体の温度により、加温あるいは冷
却される。このように、本発明の血液用熱交換器は、３
つ以上に区分された第１液体流通室（熱交換室）を有
し、第１液体流通部内全体を折り返す細くて長い一本の
流路が形成されたものであるので、チャンネリングおよ
び滞留が生ずることがなく、液体（熱交換用媒体または
血液）の流速を上げることができるので、熱交換効率を
高めることができる。

【００１１】そこで、本発明の血液用熱交換器１を、図
面を用いて説明する。図１は、本発明の血液用熱交換器
の一実施例の正面図であり、図２は、図１に示した血液
用熱交換器の右側面図であり、図３は、図１のＡ−Ａ線
断面図であり、図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【００１２】本発明の血液用熱交換器１は、第１液体流
入ポート（熱交換媒体流入ポート）２と、第１液体流出
ポート（熱交換媒体流出ポート）３と、第２液体流入ポ
ート（血液流入ポート）４と、第２液体流出ポート（血
液流出ポート）５とを有するハウジング６と、ハウジン
グ６内に収納された複数の熱交換用管体７と、管体７の
両端部をハウジング６の内面に液密に固着する隔壁１０
ａ，１０ｂと、ハウジング６内に形成され、第１液体流
入ポート２および第１液体流出ポート３と連通し、管体
７の外面とハウジング６の内面と隔壁１０ａ，１０ｂに
より形成された第１液体流通部と、第２液体流入ポート
４および第２液体流出ポート５と連通し、管体７内部に
より形成された第２液体流通部とを有する。さらに、第
１液体流通部は、管体７とほぼ平行に３以上の流通室
（熱交換室）１１に区分されるとともに、連続する１本
の流路を形成している。

【００１３】ハウジング６の形状は、円筒状、多角筒状
などの形状に形成されるが、好ましくは、円筒状であ
る。そして、図１ないし図４に示す実施例では、ハウジ
ング６は、両端が開口した外筒部６ａと、外筒部６ａの
両端に取り付けられたヘッダー６ｂ、６ｃと、接合部６
ｅと中筒部６ｆから形成されている。そして、外筒部６
ａは、図２に示すように、側部の相対する位置に第１液
体流入ポート２および第１液体流出ポート３を有してい
る。また、この実施例の外筒部６ａの内部には、図４に
示すように、中筒部６ｆおよび第１液体流通室（熱交換
室）を形成する内筒部１２が設けられている。具体的に
は、この実施例では、図４に示すように、水平方向に横
たわる円筒状の中筒部６ｆが設けられており、さらに、
その内部には、後述する多数の熱交換用細管から形成さ
れた細管束からなる管体７を収納し、３つの流通室を形
成する円筒状の内筒部１２が水平方向に横たわるように
して設けられている。中筒部６ｆおよび内筒部１２の形
状としては、多角柱形状のものであってもよいが、第１
液体を広く分散させつつ滑らかに流通させるためには、
実施例のように、円筒状であることが好ましい。そし
て、内筒部１２は、図４に示すように、中筒部６ｆの内
面に形成された２つの凹部６ｇ、６ｈに、内筒部１２の
凸部１２ｄ、１２ｅを嵌め込むことにより中筒部６ｆに
固定されている。そして、内筒部１２の凸部１２ｄ、１
２ｅが、内筒部１２の外面と中筒部６ｆの内面との間に
形成される空間を２分し、第１液流入部２ｂおよび第１
液体流出部３ｂがそれぞれ形成されている。

【００１４】内筒部１２は、図３に示すように、両端部
が後述する隔壁１０ａ，１０ｂ内に位置しており、第１
液体流入部２ｂと内筒部１２内を連通する連通口１２ａ
と、第１液体流出部３ｂと内筒部１２内を連通する連通
口１２ｂとを有している。そして、この連通口１２ａ、
１２ｂより、第１液体が流通可能に形成されている。

【００１５】そして、この実施例の内筒部１２内部に
は、図３および図４に示すように、内部を３室に区分す
る区画板１３ａ、１３ｂが、管体７ａの長手方向に沿っ
て、ほぼ平行に設けられている。そして、この区画板１
３ａ、１３ｂにより、流通室は管体７ａの長手方向に沿
って、平行に形成された第１液体流入側流通室（第１熱
交換室）１１ａと、第１液体流出側流通室（第３熱交換
室）１１ｂと、両者を連通させる第１液体中央部流通室
（第２熱交換室、中央部熱交換室）１１ｃとに区分され
ている。このように、各流通室を管体７ａの長手方向に
沿って形成することにより、第１液体が管体７ａの外面
に沿って長手方向に流れる流路を形成することができ、
熱交換効率を高めることができる。

【００１６】なお、第１熱交換室１１ａと第２熱交換室
１１ｂは連通しており、また第２熱交換室１１ｂと第３
熱交換室１１ｃも連通している。これにより、第１液体
流通部内部に、第１液体の１本の流路を形成している。
具体的には、図３に示すように、区画板１３ａは、一端
（連通口１２ａが設けられている側、図３中、上端）が
隔壁１０ａ内に位置し、他端（図３中、下端）が自由
端、言い換えれば、隔壁１０ｂとの間に間隙（連通部）
１３ｃを有するように形成されている。また、区画板１
３ｂは、他端（連通口１２ｂが設けられている側、図３
中、下端）が隔壁１０ｂ内に位置し、一端（図３中、上
端）が自由端、言い換えれば、隔壁１０ａとの間に間隙
（連通部）１３ｄを有するように形成されている。よっ
て、流通室である内筒部１２内には、連通口１２ａから
流入した第１液体が、第１液体流入側流通室１１ａ、間
隙１３ｃ、中央部流通室１１ｃ、間隙１３ｄ、第１液体
流出側流通室１１ｂを経由して連通口１２ｂに至る流路
が形成されている。このように、本発明の血液用熱交換
器は、３つ以上に区分された流通室を有し、内筒部内部
全体を折り返すように流れる細くて長い流路が形成され
ているので、チャンネリングおよび滞留が生ずることが
なく、流速を上げることができ、熱交換効率を高めるこ
とができる。

【００１７】つまり、この実施例の熱交換器１では、隣
り合う流通室（熱交換室）は、隔壁付近に形成された連
通部にて連通し、かつ、隣り合う連通部は、向かい合う
隔壁付近に形成されている。具体的には、隣り合う流通
室（熱交換室）１１ａ，１１ｃは、隔壁１０ｂ付近に形
成された連通部１３ｃにて連通し、隣り合う流通室（熱
交換室）１１ｃ，１１ｂは、隔壁１０ａ付近に形成され
た連通部（連通口）１３ｄにて連通しており、隣り合う
連通部（連通口）１３ｃ，１３ｄは、向かい合う隔壁付
近に形成されている。

【００１８】このように、第１液体流通部は、第１液体
流入側流通室１１ａと、第１液体流出側流通室１１ｂ
と、第１液体中央部流通室１１ｃとからなり、第１液体
中央部流通室の１１ｃ一端と第１液体流入側流通室１１
ａの一端が連通し、第１液体中央部流通室１１ｃの他端
と第１液体流出側流通室１１ｂの一端が連通しているこ
とが好ましい。また、言い換えれば、第１液体中央部流
通室１１ｃの一端は一方の隔壁１０ｂ付近にて第１液体
流入側流通室１１ａと連通し、第１液体中央部流通室１
１ｃの他端は他方の隔壁１０ａ付近にて第１液体流出側
流通室１１ｂと連通している。

【００１９】このように、形成することにより、形成さ
れた３つの流通室（３つの熱交換室）の全体を折り返し
て流れる１本の長い流路持った第１液体流通部を形成す
ることができ、熱交換効率が上昇する。そして、流通室
の数は、３室以上形成されるが、好ましくは、３〜４室
である。

【００２０】そして、外筒部６ａには、熱交換用管体７
ａを外筒部６ａ内に挿入するための開口部が形成されて
いる。この実施例では、図４に示すように、水平方向の
両端に開口部が形成されており、開口部には、ヘッダー
６ｂ，６ｃが取り付けられている。ヘッダー６ｂ，６ｃ
は、開口部に、溶剤を用いた接着、高周波、超音波、誘
導加熱などを用いた融着によりそれぞれ固着されてい
る。そして、その液密状態を保持するために、ヘッダー
６ｂ、６ｃの内部と隔壁１０ａ，１０ｂとの間には、Ｏ
リング２０が取り付けられている。さらに、この実施例
では、ヘッダー６ｂには、第２液体流入ポート４が形成
されており、ヘッダー６ｃには、第２液体流出ポート５
が形成されている。そして、この実施例の血液用熱交換
器１は、貯血槽および人工肺と一体型とすることができ
るように、ハウジング６は、図４に示すように、貯血槽
および人工肺と接合するための接合部６ｅ、６ｉを、上
部または下部にそれぞれ有している。

【００２１】ハウジング６の形成材料としては、ポリカ
ーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポ
リ塩化ビニル樹脂、アクリル−スチレン共重合体、アク
リル−ブチレン−スチレン共重合体など種々のものが使
用できる。特に好ましくは、ポリカーボネート、アクリ
ル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル樹脂で
ある。

【００２２】熱交換用管体としては、細管が好ましい。
細管７ａは、内部に血液または熱交換用媒体を流すため
のものである。この実施例の熱交換器１は内部灌流式熱
交換器であるため、細管７ａの内部に血液が流れる。熱
交換用細管７ａとしては、熱伝導率の高い金属管（例え
ば、ステンレス管、アルミ管、銅管）が好適に使用でき
る。細管７ａの内径は、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは
０．５〜５ｍｍであり、このような細管７ａが、約１０
本〜２０００本、好ましくは、約５０本〜１０００本、
ハウジング６ａ内の流通室（この実施例では、内筒部１
２内）に収納されている。また、熱交換用管体は、コイ
ル状のものでもよい。この場合には、上述した複数の第
１液体流通室は、コイルの中心軸とほぼ平行に形成され
る。

【００２３】そして、この実施例では、第１液体流入側
流通室１１ａに収納された細管７ａの数をＡ、第１液体
流出側流通室１１ｂに収納された細管７ａの数をＢ、中
央部流通室１１ｃに収納された細管７ａの数をＣとした
とき、Ａ、ＢおよびＣは、以下の条件式（I）を満たす
ように、細管７ａがそれぞれの流通室１１ａ、１１ｂ、
１１ｃ内に配置されている。 ０．９≦Ａ＋Ｂ／Ｃ≦１．１ ・・・・・・・・・・ （I） この条件式は、第１液体流入ポート２を、第１液体流出
ポートとして使用し、第１液体流出ポート３を、第１液
体流入ポートとして使用した場合にも、同様の熱交換効
率を得ることができるようにするためのものであり、使
用位置の関係でいずれのポートから液体を流入しても、
性能上遜色のない使い勝手のよい熱交換器とするための
ものである。

【００２４】具体的に説明すると、図７に示すように、
流入側流通室１１ａに流れる第１液体の流れは、細管７
ａ内を流れる第２液体の流れに対して逆流であり、ま
た、流出側流通室１１ｂに流れる第１液体の流れも、細
管７ａ内に流れる第２液体の流れに対して逆流である。
そして、中央部流通室１１ｃに流れる第１液体の流れ
は、細管７ａ内に流れる第２液体の流れに対して順流で
ある。この場合、第１液体と第２液体とが、細管７ａを
介して順流で接触するか、逆流で接触するかにより熱交
換率に変動を生ずる。よって、逆流で接触する細管７ａ
と順流で接触する細管７ａの数が余りに相違すると、第
１液体を逆に、第１液体流出ポート３から流入させた場
合、熱交換効率が変動してしまう。そこで、Ａ，Ｂを加
算したものが、Ｃとほぼ同じ数値となるように細管７ａ
の本数を設定することにより、使用位置の関係でいずれ
のポートから第１液体を流入しても、熱交換効率がほぼ
同じで性能上遜色のない使い勝手のよい熱交換器とな
る。また、上記の式（I）の範囲であれば、一割の範囲
内であるので、使用位置の関係でいずれのポートから第
１液体を流入しても、熱交換効率にあまり変動がない。
例えば、この実施例では、Ａ、Ｂが１２５本で、Ｃが２
５０本に設定されており、いずれのポートより第１液体
を流入させても熱交換効率はほぼ同じである。このよう
に、Ａ，Ｂを加算したものが、Ｃと同じ数値であること
がより好ましい。

【００２５】また、同様の目的で、第１液体流入側流通
室１１ａの断面積をｘ、第１液体流出側流通室１１ｂの
断面積をｙ、中央部流通室１１ｃの断面積をｚとしたと
き、ｘ、ｙおよびｚは、以下の条件式（II）を満たすも
のとしてもよい。 ０．９≦（ｘ＋ｙ）／ｚ≦１．１ ・・・・・・ （II）

【００２６】言い換えれば、細管を含む第１液体流入側
流通室１１ａの断面積をＸ、第１液体流入側流通室１１
ａに収納された細管７ａの断面積の総和をＬ、細管を含
む第１液体流出側流通室１１ｂの断面積をＹ、細管を含
む第１液体流出側流通室１１ｂに収納された細管７ｂの
断面積の総和をＭ、中央部流通室１１ｃの断面積をＺ、
中央部流通室１１ｃに収納された細管７ａの断面積の総
和をＮとしたとき、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｌ、ＭおよびＮは、以
下の条件式（III）を満たすものとしてもよい。 ０．９≦（Ｘ−Ｌ）＋（Ｙ−Ｍ）／（Ｚ−Ｎ）≦１．１ ・・・・・・（III）

【００２７】ｘ、ｙおよびｚまたはＸ、Ｙ、Ｚ、Ｌ、Ｍ
およびＮの関係が、この条件式を満たすことにより、第
１液体流入ポート２を、第１液体流出ポートとして使用
し、第１液体流出ポート３を、第１液体流入ポートとし
て使用した場合にも、ほぼ同様の熱交換効率を得ること
ができ、使用位置の関係でいずれのポートより液体を流
入しても、性能上遜色のない使い勝手のよい熱交換器と
することができる。

【００２８】具体的に説明すると、この条件式（III）
は、第２液体の流れと同一方向に流れる流通室の断面積
（第１液体が流れる方向に対して垂直方向の断面の面
積）から細管７ａの断面（細管の長手方向に対して垂直
方向の断面）が占める面積を引いたものと、第２液体の
流れと逆方向に流れる流通室の断面積（第１液体が流れ
る方向に対して垂直方向の断面の面積）から細管７ａの
断面（細管の長手方向に対して垂直方向の断面）が占め
る面積を引いたものとが、上記範囲であり、一割以内の
相違であれば、いずれのポートより第１液体を流入して
も熱交換効率にあまり変動が生じないことから導き出さ
れたものである。図４を用いて、より具体的に説明する
と、第２液体の流れと同一方向に流れる中央部流通室１
１ｃの断面積から、交換室１１ｃに配置される細管７ａ
の断面積の総和を引いた値と、第２液体の流れと逆方向
に流れる第１液体流入側流通室１１ａと第１液体流出側
流通室１１ｂの断面積の和から、第１液体流入側流通室
１１ａと第１液体流出側流通室１１ｂに配置された細管
７ａの断面積の総和を引いた値とがほぼ等しく（一割以
内の相違）なるように形成することを意味する。さら
に、換言すれば、第２液体と同一方向に流れる第１液体
が流れる流通室を当該流れの方向に垂直に切断した時の
断面積と、第２液体と逆方向に流れる第１液体が流れる
流通室を当該流れの方向に垂直に切断した時の断面積と
がほぼ等しく（一割以内の相違）なるように形成するこ
とを意味している。

【００２９】そのように形成するには、条件式（III）
に示すように、各流通室の断面積Ｘ、Ｙ、Ｚを変える方
法、細管断面積の総和Ｌ、Ｍ、Ｎを変える方法とがあ
る。なお、Ｌ、Ｍ、Ｎは、１の細管７ａの断面積をＫと
すると、Ｋと細管本数との積であり、条件式（II）を満
たすように形成するには、さらに、１の細管７ａの断面
積を変える方法と、細管本数とを変える方法とが考えら
れる。

【００３０】なお、細管７ａ相互の距離としては、細管
７ａの外径、ハウジング６ａの内径などにより異なる
が、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、好ましくは１ｍｍ〜５ｍｍ
程度である。また、水平方向（細管平面状集合物内）に
隣り合う２本の細管と、該２本の細管と垂直方向に隣り
合う１本の細管とのそれぞれの距離がほぼ同一となるよ
うに形成されていることが好ましい。

【００３１】そして、細管束７の両端部は端部が開口し
た状態で、図３に示すように、隔壁１０ａ，１０ｂによ
り液密に固着されている。隔壁を形成する材料として
は、高分子ポッティング剤（例えば、ポリウレタン、シ
リコーンゴム）などが好適に使用できる。そして、隔壁
１０ａ，１０ｂにより、ハウジング６内（具体的には、
流通室内）は、第１液体流入ポート２および第１液体流
出ポート３と連通する第１液体流通部と、第２液体流入
ポート４および第２液体流出ポート５と連通する第２液
体流通部とに区画される。

【００３２】具体的には、この実施例は血液が細管７ａ
内を流れる内部灌流式の熱交換器１であるため、第１液
体流通部は、図３に示すように、隔壁１１ａ，１１ｂの
内側部、流通室および細管１０ａの外壁により形成さ
れ、第１液体流入ポート８および第１液体流出ポート９
と連通している。隔壁１１の外側部および細管１０ａ内
に形成され、第２液体流入ポート６および第２液体流出
ポート７と連通している。他方、なお、本発明の熱交換
器１は、この実施例のような内部灌流式の熱交換器に限
定されるものでなく、外部灌流式熱交換器であってもよ
い。

【００３３】つぎに、本発明の他の実施例の血液用熱交
換器を、図５を参照して説明する。この実施例の血液用
熱交換器４０と、図１ないし図４に示した熱交換器１と
の相違は、第１液体流通室（熱交換室）１１の数のみで
あり、他は同じである。同一部分には同一符号を付す。
具体的には、血液用熱交換器４０は、図５に示すよう
に、５つの流通室１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄおよ
び１１ｅを有しており、熱交換器１に比して、さらに細
く長い第１液体流路を有している。よって、液体（熱交
換用媒体または血液）の流速を上げることができ、熱交
換効率をさらに高めることができる。

【００３４】さらに、本発明の他の実施例の血液用熱交
換器を、図６を参照して説明する。この実施例の血液用
熱交換器５０と、図１ないし図４に示した熱交換器１と
の相違は、第１液体流入側流通室１１ａと第１液体流出
側流通室１１ｂ内に設置される細管７ａの太さと、中央
部流通室１１ｃ内に設置される細管７ａの太さが異なっ
ていることのみであり、他は同じである。同一部分には
同一符号を付す。

【００３５】具体的には、血液用熱交換器５０は、図６
に示すように、第１液体流入側流通室１１ａと第１液体
流出側流通室１１ｂ内に設置される細管７ｂの外径は、
中央部流通室１１ｃ内に設置される細管７ａの外径のほ
ぼ２倍となっている。このように、この実施例の熱交換
器５０は、各流通室に配置する細管７ａの外径を変える
ことにより、前述した条件式（III）を満たすように形
成されている。

【００３６】次に、本発明の熱交換器の具体的実施例に
ついて説明する。 （実施例１） 外筒部の内径が６０ｍｍ、内筒部の内径が４６ｍｍで、
内筒部内に、３つの流通室（第１液体流入側流通室、中
央部流通室、第１液体流出側流通室）を有するハウジン
グを作製した。次に、内径０．８４ｍｍ、外径１．１１
ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱交換用細管を、第１液体流入
側流通室には１２５本、中央部流通室には２５０本、第
１液体流出側流通室１２５本、計５００本配置した。さ
らに、細管束の両端部付近にポッティング剤を流入して
ハウジングに固定し、細管束の有効長を８０ｍｍとする
とともに、ハウジング内を第１液体流通部と第２液体流
通部に区画する隔壁を形成した。このようにして、３つ
の流通室を有し、第１液体流入側流通室に収納された細
管の数をＡ、前記第１液体流出側流通室に収納された細
管の数をＢ、前記中央部流通室に収納された細管の数を
Ｃとしたとき、（Ａ＋Ｂ）／Ｃ＝１であり、上述した条
件式（I）を満たしてた。また、この熱交換器では、細
管を含む第１液体流入側流通室の断面積（Ｘ）および細
管を含む第１液体流出側流通室の断面積（Ｙ）は、とも
に４００ｍｍ^２であり、細管を含む中央部流通室の断面
積（Ｚ）は、７５０ｍｍ^２であった。そして、流入側流
通室および流出側流通室のそれぞれに収納された細管の
断面積の総和（Ｌ）は、１２１ｍｍ^２であり、中央部流
通室に収納された細管の断面積の総和（Ｎ）は、２４２
ｍｍ^２であった。そして、［（Ｘ−Ｌ）＋（Ｙ−Ｍ）］
／（Ｚ−Ｎ）＝１．１であり、上述した式（III）を満
たしていた。

【００３７】（実施例２） 外筒部の内径が６０ｍｍ、内筒部の内径が４６ｍｍで、
内筒部内に、３つの流通室（第１液体流入側流通室、中
央部流通室、第１液体流出側流通室）を有するハウジン
グを作製した。次に、内径０．８４ｍｍ、外径１．１１
ｍｍ、長さ１００ｍｍの熱交換用細管を、第１液体流入
側流通室には１６７本、中央部流通室にも１６７本、第
１液体流出側流通室１６６本、計５００本配置した。さ
らに、細管束の両端部付近にポッティング剤を流入して
ハウジングに固定し、細管束の有効長を８０ｍｍとする
とともに、ハウジング内を第１液体流通部と第２液体流
通部に区画する隔壁を形成した。このようにして、３つ
の流通室を有し、第１液体流入側流通室に収納された細
管の数をＡ、前記第１液体流出側流通室に収納された細
管の数をＢ、前記中央部流通室に収納された細管の数を
Ｃとしたとき、（Ａ＋Ｂ）／Ｃ≒２であった。

【００３８】（比較例） 外筒部の内径が６０ｍｍ、内筒部の内径が４６ｍｍで、
内筒部内に、２つの流通室（第１液体流入側流通室、第
１液体流出側流通室）を有するハウジングを作製した。
次に、内径０．８４ｍｍ、外径１．１１ｍｍ、長さ１０
０ｍｍの熱交換用細管を、第１液体流入側流通室、第１
液体流出側流通室に各２５０本、計５００本配置した。
さらに、細管束の両端部付近にポッティング剤を流入し
てハウジングに固定し、細管束の有効長を８０ｍｍとす
るとともに、ハウジング内を第１液体流通部と第２液体
流通部に区画する隔壁を形成した。このようにして、図
８に示すような２つの流通室を有する血液用熱交換器を
作製した。

【００３９】（実験１） 実施例１および比較例１の第２液体流入口より、血液温
３０℃の牛血（Ｈｂ＝１２ｇ／ｄｌ）を血流量４ｌ／ｍ
ｉｎで流入し、実施例１と比較例１の第１液体流入口よ
り、水温４０℃の水を水流量１５ｌ／ｍｉｎで流入し、
牛血と水との間で熱交換を行い、実施例１および比較例
１の熱交換効率Ｏ，Ｐをそれぞれ測定した。実験結果
は、実施例１の熱交換効率Ｏは、０．５９であり、比較
例１の熱交換効率Ｐは、０．５４であった。

【００４０】（実験２） 実施例１の熱交換器の第２液体流入口より、血液温３０
℃の牛血（Ｈｂ＝１２ｇ／ｄｌ）を血流量４ｌ／ｍｉｎ
で流入し、第１液体流入口より、水温４０℃の水を水流
量１５ｌ／ｍｉｎで流入し、牛血と水との間で熱交換を
行い、熱交換効率Ｑ１を測定し、さらに、実施例１の第
２液体流入口より、血液温３０℃の牛血（Ｈｂ＝１２ｇ
／ｄｌ）を血流量４ｌ／ｍｉｎで流入し、第１液体流出
口より、水温４０℃の水を水流量１５ｌ／ｍｉｎで流入
し、牛血と水との間で熱交換を行い、熱交換効率Ｑ２を
測定した。他方、実施例２の熱交換器の第２液体流入口
より、血液温３０℃の牛血（Ｈｂ＝１２ｇ／ｄｌ）を血
流量４ｌ／ｍｉｎで流入し、第１液体流入口より、水温
４０℃の水を水流量１５ｌ／ｍｉｎで流入し、牛血と水
との間で熱交換を行い、熱交換効率Ｒ１を測定し、さら
に、実施例２の第２液体流入口より、血液温３０℃の牛
血（Ｈｂ＝１２ｇ／ｄｌ）を血流量４ｌ／ｍｉｎで流入
し、第１液体流出口より、水温４０℃の水を水流量１５
ｌ／ｍｉｎで流入し、牛血と水との間で熱交換を行い、
熱交換効率Ｒ２を測定した。実験結果は、実施例１の熱
交換器の熱交換効率Ｑ１およびＱ２はともに、０．５９
であり、実施例２の熱交換器の熱交換効率Ｒ１は、０．
５７であり、Ｒ２は、０．５４であった。

【００４１】上記実験１の結果より、流通室を２つ有す
る比較例１の熱交換器より、流通室を３つ有する本発明
の血液用熱交換器の方が熱交換効率が高いことが確認さ
れた。また、実施例２の熱交換器は、第１液体を、第１
液体流入口または第１液体流出口のいずかより流入する
かで熱交換効率が変動してしまうのに対して、前記条件
式（I）および（II）を満たす本発明の血液用熱交換器
は、第１液体流出口または第１液体流入口のいずれより
第１液体を流入しても、熱交換効率は変動しないことが
確認された。

【００４２】

【発明の効果】本発明の血液用熱交換器は、第１液体流
入ポートと、第１液体流出ポートと、第２液体流入ポー
トと、第２液体流出ポートとを有するハウジングと、該
ハウジング内に収納された複数の熱交換用管体と、該管
体の両端部を前記ハウジングの内面に液密に固着する隔
壁と、前記ハウジング内に形成され、前記第１液体流入
ポートおよび前記第１液体流出ポートと連通し、前記管
体の外面と前記ハウジングの内面と前記隔壁により形成
された第１液体流通部と、前記第２液体流入ポートおよ
び前記第２液体流出ポートと連通し、前記管体内部によ
り形成された第２液体流通部とを有する血液用熱交換器
であって、前記第１液体流通部は、前記管体とほぼ平行
に３以上の流通室に区分されるとともに、連続する１本
の流路を構成しているので、流通室内部全体を複数回折
り返して流れる長い一本の流路が形成されているので、
滞流およびチャンネリングが生ずることがなく、流速を
上げることができ、熱交換効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の血液用熱交換器の一実施例の
正面図である。

【図２】図２は、本発明の血液用熱交換器の一実施例の
右側面図である。

【図３】図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】図５は、本発明の血液用熱交換器の他の実施例
の横断面図である。

【図６】図６は、本発明の血液用熱交換器の他の実施例
の縦断面図である。

【図７】図７は、本発明の血液用熱交換器の作用を説明
するための説明図である。

【図８】図８は、本発明の血液用熱交換器の比較例の横
断図である。

【符号の説明】

１ 血液用熱交換器 ２ 第１液体流入ポート ２ａ 第１液体流入口 ２ｂ 第１液体流入部 ３ 第１液体流出ポート ３ａ 第１液体流出口 ３ｂ 第１液体流出部 ４ 第２液体流入ポート ４ａ 第２液体流入口 ４ｂ 第２液体流出口 ５ 第２液体流出ポート ５ａ 第２液体流出口 ５ｂ 第２液体流出部 ６ ハウジング ６ａ 外筒部 ６ｂ ヘッダー ６ｃ ヘッダー ６ｅ 接合部 ６ｆ 中筒部 ７ 熱交換用細管束 ７ａ 熱交換用細管 １０ａ 隔壁 １０ｂ 隔壁 １１ａ 第１液体流入側流通室（第１熱交換室） １１ｂ 第１液体流出側流通室（第２熱交換室） １１ｃ 第１液体中央部流通室（第３熱交換室） １２ 内筒部 １２ａ 連通口 １２ｂ 連通口 １３ａ 区画板 １３ｂ 区画板 １３ｃ 間隙（連通部） １３ｄ 間隙（連通部） ２０ Ｏリング

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１液体流入ポートと、第１液体流出ポ
   ートと、第２液体流入ポートと、第２液体流出ポートと
   を有するハウジングと、 該ハウジング内に収納された複数の熱交換用管体と、 該管体の両端部を前記ハウジングの内面に液密に固着す
   る隔壁と、 前記ハウジング内に形成され、前記第１液体流入ポート
   および前記第１液体流出ポートと連通し、前記管体の外
   面と前記ハウジングの内面と前記隔壁により形成された
   第１液体流通部と、前記第２液体流入ポートおよび前記
   第２液体流出ポートと連通し、前記管体内部により形成
   された第２液体流通部とを有する血液用熱交換器であっ
   て、 前記第１液体流通部は、前記管体とほぼ平行に３以上の
   第１液体流通室に区分されるとともに、連続する１本の
   流路を構成しており、 さらに、前記ハウジングは、中筒部および第１液体流通
   室を形成する内筒部が設けられており、中筒部の内部に
   は、前記複数の熱交換用管体である多数の熱交換用細管
   から形成された細管束を収納しており、さらに、内筒部
   の外面と中筒部の内面との間に形成される空間を２分し
   て形成された第１液体流入部および第１液体流出部を有
   する ことを特徴とする血液用熱交換器。
2. 【請求項２】 第１液体流入ポートと、第１液体流出ポ
   ートと、第２液体流入ポートと、第２液体流出ポートと
   を有するハウジングと、 該ハウジング内に収納された複数の熱交換用管体と、 該管体の両端部を前記ハウジングの内面に液密に固着す
   る隔壁と、 前記ハウジング内に形成され、前記第１液体流入ポート
   および前記第１液体流出ポートと連通し、前記管体の外
   面と前記ハウジングの内面と前記隔壁により形成された
   第１液体流通部と、前記第２液体流入ポートおよび前記
   第２液体流出ポートと連通し、前記管体内部により形成
   された第２液体流通部とを有する血液用熱交換器であっ
   て、 前記第１液体流通部は、前記管体とほぼ平行に３以上の
   第１液体流通室に区分されるとともに、連続する１本の
   流路を構成しており、 前記ハウジングは、外筒部を備え、該外筒部の内部に
   は、中筒部および第１液 体流通室を形成する内筒部を備
   え、中筒部の内部には、多数の熱交換用細管から形成さ
   れた細管束からなる前記熱交換用管体を収納し、３つの
   流通室を形成する円筒状の内筒部が設けられており、さ
   らに、内筒部は、中筒部の内面に形成された２つの凹部
   に、内筒部の凸部を嵌め込むことにより中筒部に固定さ
   れており、内筒部の凸部が、内筒部の外面と中筒部の内
   面との間に形成される空間を２分し、第１液流入部およ
   び第１液体流出部をそれぞれ形成していることを特徴と
   する血液用熱交換器。
3. 【請求項３】 隣り合う流通室は、前記隔壁付近に形成
   された連通部にて連通し、かつ、隣り合う連通部は、向
   かい合う隔壁付近に形成されている請求項１または２に
   記載の血液用熱交換器。
4. 【請求項４】 前記第１液体流通部は、第１液体流入側
   流通室と、第１液体流出側流通室と、第１液体中央部流
   通室とからなり、該第１液体中央部流通室の一端と前記
   第１液体流入側流通室の一端が連通し、前記第１液体中
   央部流通室の他端と前記第１液体流出側流通室の一端が
   連通している請求項１ないし３のいずれかに記載の血液
   用熱交換器。
5. 【請求項５】 前記第１液体流通部は、第１液体流入側
   流通室と、第１液体流出側流通室と、第１液体中央部流
   通室とからなり、該第１液体中央部流通室の一端は一方
   の隔壁付近にて前記第１液体流入側流通室と連通し、前
   記第１液体中央部流通室の他端は他方の隔壁付近にて前
   記第１液体流出側流通室と連通している請求項１ないし
   ３のいずれかに記載の血液用熱交換器。
6. 【請求項６】 前記第１液体流入側流通室に収納された
   管体の数をＡ、前記第１液体流出側流通室に収納された
   管体の数をＢ、前記第１液体中央部流通室に収納された
   管体の数をＣとしたとき、Ａ、ＢおよびＣは、以下の条
   件式（I） ０．９≦（Ａ＋Ｂ）／Ｃ≦１．１ ・・・・・・・・・・ （I） を満たすものである請求項１ないし５のいずれかに記載
   の血液用熱交換器。
7. 【請求項７】 前記第１液体流入側流通室の断面積を
   ｘ、前記第１液体流出側流通室の断面積をｙ、前記第１
   液体中央部流通室の断面積をｚとしたとき、ｘ、ｙおよ
   びｚは、以下の条件式（II） ０．９≦（ｘ＋ｙ）／ｚ≦１．１ ・・・ （II） を満たすものである請求項１ないし５のいずれかに記載
   の血液用熱交換器。
8. 【請求項８】 管体を含む前記第１液体流入側流通室の
   断面積をＸ、該第１液体流入側流通室に収納された管体
   の断面積の総和をＬ、管体を含む前記第１液体流出側流
   通室の断面積をＹ、前記第１液体流出側流通室に収納さ
   れた管体の断面積の総和をＭ、管体を含む前記第１液体
   中央部流通室の断面積をＺ、前記第１液体中央部流通室
   に収納された管体の断面積の総和をＮとしたとき、Ｘ、
   Ｙ、Ｚ、Ｌ、ＭおよびＮは、以下の条件式（III） ０．９≦［（Ｘ−Ｌ）＋（Ｙ−Ｍ）］／（Ｚ−Ｎ）≦１．１ ・・・ （III） を満たすものである請求項１ないし５のいずれかに記載
   の血液用熱交換器。
9. 【請求項９】 前記管体は、多数の熱交換用細管から形
   成された細管束である請求項１ないし８のいずれかに記
   載の血液用熱交換器。