JP5230344B2 - 熱交換装置 - Google Patents

Description

本発明は、透析装置の筐体内に配設され、透析液又は透析液を調製するための水を加温可能な熱交換装置に関するものである。

透析治療においては、先端に穿刺針が接続された血液回路の途中にダイアライザ（血液浄化器）を接続しておき、血液ポンプを駆動させることにより該血液回路にて患者の血液を体外循環させる一方、透析装置からダイアライザに透析液を供給しつつ老廃物を含んだ透析液を排出させる。即ち、ダイアライザ内には中空糸膜などの透過膜が収容されるとともに、当該透過膜を介して血液を流通させる血液流路と透析液を流通させる透析液流路とが形成されており、血液中の老廃物を透析液側に透過させ排出することにより浄化可能とされているのである。

上記透析装置は、ＤＣコンバータやＣＰＵ或いは各種アクチュエータを制御するモータドライバ等から成る電気制御部、及びダイアライザに供給される透析液を流通させる供給側ライン、当該ダイアライザから排出される透析液を流通させる排出側ライン、及び当該供給側ラインから排出側ラインに向かって透析液を流動させ得る送液ポンプや除水ポンプ或いは流路の開閉を行わせる電磁弁等から成る配管部等をその筐体内に有している。

而して、当該電気制御部や配管部には種々の発熱要素（電気制御部や配管部の電磁弁など）が存在し、その発熱要素からの排熱により透析装置の筐体内は高温な状態となってしまう。従来においては、透析装置の筐体内が過度に高温となってしまうのを回避すべく、当該筐体の外側面や底面等に開口窓やファン等を設け、筐体内部で高温となった空気を外部に放出し得るよう構成されている。尚、かかる先行技術は、文献公知発明に係るものでないため、記載すべき先行技術文献情報はない。

しかしながら、上記従来の熱交換装置においては、透析装置の筐体における外側面や底面等に開口窓やファン等を設けて過熱を回避するものであったので、ファンの駆動音により患者に不快感を与えてしまう虞があった。特に、透析装置の場合、患者のすぐ脇に設置されることから、ファンの駆動音は耳につきやすく騒音として認識される場合が多いものである。一方、透析装置においては、透析液や透析液を調製するための水を加温することが行われていることから、本出願人は、筐体内における排熱を利用することを鋭意検討するに至った。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、透析装置の騒音を低減することができるとともに筐体内の排熱を有効利用することができる熱交換装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、透析装置の筐体内に配設され、透析液又は透析液を調製するための水を加温可能な熱交換装置であって、前記筐体内の空気の熱を吸収する気体吸熱手段と、該気体吸熱手段で吸収された熱を前記透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する気体用伝熱手段とを具備したことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の熱交換装置において、前記筐体内の空気を前記気体吸熱手段に送り込む送風手段を具備したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の熱交換装置において、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する液体用伝熱手段を具備したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の熱交換装置において、前記気体吸熱手段、気体用伝熱手段及び液体用伝熱手段が一体化されて成ることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、透析装置の筐体内の空気の熱を吸収する気体吸熱手段と、該気体吸熱手段で吸収された熱を透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する気体用伝熱手段とを具備したので、筐体外部のファン等が不要とされて透析装置の騒音を低減することができるとともに筐体内の排熱を有効利用することができる。

請求項２の発明によれば、筐体内の空気を気体吸熱手段に送り込む送風手段を具備したので、気体吸熱手段による熱の吸収をより効率的に行わせることができるとともに、当該気体吸熱手段にて熱が吸収された空気を筐体内で循環させて過熱を抑制することができる。

請求項３の発明によれば、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する液体用伝熱手段を具備したので、筐体内の排熱に加え血液浄化器から排出される透析液の熱も有効利用することができる。

請求項４の発明によれば、気体吸熱手段、気体用伝熱手段及び液体用伝熱手段が一体化されて成るので、熱交換装置の高機能化（ハイブリッド化）を図ることができるとともに、部品の共用を図ることにより熱交換装置の構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
第１の実施形態に係る熱交換装置は、図１、２に示すように、透析治療で用いられる透析装置１の筐体２内に設置されるものであり、かかる透析装置１は、筐体２内に電気制御部４及び配管部５等が配設されて成るものである。配管部５は、例えば透析治療のための透析液を血液浄化器（ダイアライザ）に供給し得る供給側ライン、当該血液浄化器に供給された透析液を老廃物等と共に排出する排出側ライン等の種々配管（何れも不図示）が配設され、これら種々配管には電磁弁等（不図示）が配設されている。

然るに、透析治療時においては、供給側ラインの先端及び排出側ラインの先端が血液浄化器（ダイアライザ）に接続され、当該血液浄化器に対して透析液を供給及び排出し得るよう構成されている。尚、ダイアライザ等の血液浄化器は、内部に中空糸膜を具備しており、該中空糸膜を介して透析液流路及び血液流路が形成されている。

透析液流路は、供給側ラインから導入された透析液を流通させ、その透析液を排出側ラインから排出させ得る透析液の流路であり、中空糸膜を介して血液流路が形成されている。血液流路は、先端が患者に穿刺可能な血液回路（不図示）と接続されており、該血液回路によって患者の血液を体外で循環させる過程において、含有する老廃物等が中空糸膜を透過し、透析液流路中を流れる透析液に至ることにより透析治療が行われる。

電気制御部４は、例えばＤＣコンバータやＣＰＵ或いは各種アクチュエータ（例えば配管部５の電磁弁等）を制御するモータドライバ等が配設されたものである。而して、かかる電気制御部４及び上記した配管部５には、駆動や作動により発熱する発熱要素があり、その発熱要素からの排熱により透析装置１の筐体２内は高温な状態となってしまう。本実施形態においては、かかる排熱を利用して、透析液又は透析液を調製するための水を加温し得る熱交換装置３が配設されている。

この熱交換装置３は、筐体２の下部に固設されたものから成り、図３、４に示すように、気体吸熱手段としてのフィン６と、気体用伝熱手段としての第１伝熱板７、送風手段としてのファン８と、液体用伝熱手段としての第２伝熱板９とを有して構成されている。ファン８（送風手段）は、筐体２内の空気をフィン６（気体吸熱手段）に送り込むためのものであり、熱交換装置３の上部に配設されて成る。

フィン６（気体吸熱手段）は、アルミ等の伝熱特性に優れた周知の材料から成り、ファン８により送られた筐体２内の空気の熱を吸収（吸熱）するためのもので、図４に示すように、複数の凸条部材（溝形状）を有して成る。尚、フィン６を構成する複数の凸条部材（溝形状）は、ファン８の送風方向に延びており、当該ファン８で送られた空気がフィン６で吸熱された後、熱交換装置３の下部からスムーズに排出されるようになっている。

第１伝熱板７（気体用伝熱手段）は、アルミ等の伝熱特性に優れた周知の板状材料から成り、フィン６の基端側と当接して配設されるとともに、第２伝熱板９との間に透析液を流通させ得る流路Ｓ１を形成して成るものである。かかる流路Ｓ１には、その一端側に入口側チューブＰ１及び他端側に出口側チューブＰ２が接続されており、入口側チューブＰ１から供給された透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）が流路Ｓ１を流通し、出口側チューブＰ２から排出されるようになっている。

この場合、入口側チューブＰ１から供給される透析液は、血液浄化器に供給するためのものであって比較的低温であるため、当該血液浄化器に供給される前に所定温度まで加温されるべきものである。而して、かかる透析液は、流路Ｓ１を流通する過程でフィン６（気体吸熱手段）で吸収された熱が伝えられ、所定温度まで加温され得るようになっている。尚、上記流路Ｓ１に「透析液を調製するための水」を流通させ、当該水を加温するよう構成してもよく、その場合であっても血液浄化器に供給すべく調製された透析液を所定温度まで上昇させることができる。

第２伝熱板９（液体用伝熱手段）は、第１伝熱板７と同様にアルミ等の伝熱特性に優れた周知の板状材料から成り、上述の如く一方の面を流路Ｓ１に臨ませて成るとともに、他方の面を流路Ｓ２に臨ませて成るものである。この流路Ｓ２には、その一端側に入口側チューブＰ３及び他端側に出口側チューブＰ４が接続されており、入口側チューブＰ３から供給された透析液（血液浄化器から排出された透析液）が流路Ｓ２を流通し、出口側チューブＰ４から排出されるようになっている。

この場合、入口側チューブＰ３から供給される透析液は、血液浄化器から排出されたものであって比較的高温であるため、外部に排出される前に所定温度まで冷却されるべきものである。而して、かかる透析液は、流路Ｓ２を流通する過程で第２伝熱板９にて吸熱され、その熱が流路Ｓ１を流通する透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）に伝えられるようになっている。これにより、血液浄化器から排出された透析液は冷却される一方、血液浄化器に供給されるべき透析液（又は透析液を調製するための水）は加温されることとなる。

ここで、本実施形態においては、透析装置１における筐体２内の空気の熱を吸収するフィン６（気体吸熱手段）と、該フィン６で吸収された熱を透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第１伝熱板７（気体用伝熱手段）と、筐体２内の空気をフィン６に送り込むファン８と、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第２伝熱板９（液体用伝熱手段）とが一体化されて熱交換装置３を構成している。

更に、本実施形態に適用される透析装置１の筐体２には、その側面に排気窓２ａが形成されるとともに、底面にも排気窓２ｂが形成されている。これら排気窓２ａ、２ｂには、図５に示すように、複数のルーバー１０、作動部１１及びバイオメタル１２等を有した開閉手段ａ、ｂがそれぞれ配設されており、同図の状態において当該排気窓２ａ、２ｂはルーバー１０により閉じた状態とされる。バイオメタル１２は、温度が高くなれば収縮する性質を有しているため、装置内部温度が過度に上昇した場合、当該バイオメタル１２が収縮してルーバー１０を開方向に動作させることとなる。

然るに、筐体２内の空気が所定温度まで上昇すると、バイオメタル１２が収縮してスプリング１３の付勢力に抗して作動部１１が摺動し、図６に示すように、ルーバー１０が軸Ｌ１を中心に揺動することにより排気窓２ａ、２ｂが開いた状態とされる。これにより、筐体２内の空気が外部に排出されることから、当該筐体２内の空気の温度が過度に上昇してしまうのを回避することができる。然るに、ルーバー１０の駆動手段としてバイオメタル１２を適用することにより、一般的な形状記憶合金の線材を適用したものと比べ、より高速な動作を可能とすることができる。

上記実施形態によれば、透析装置１の筐体２内の空気の熱を吸収するフィン６（気体吸熱手段）と、該フィン６で吸収された熱を透析液（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第１伝熱板７（気体用伝熱手段）とを具備したので、筐体２外部のファン等が不要とされて透析装置１の騒音を低減することができるとともに筐体２内の排熱を有効利用することができる。

本実施形態において熱交換装置３にファン８が配設されているが、かかるファン８は、筐体２内部に配設されることとなるため、その駆動による騒音は外部にあまり漏れることがない。本実施形態の如く筐体２内の空気をフィン６に送り込むファン８（送風手段）を具備させれば、フィン６による熱の吸収をより効率的に行わせることができるとともに、当該フィン６にて熱が吸収された空気を筐体２内で循環させて過熱を抑制することができる。尚、ファン８を具備しない熱交換装置３としてもよく、或いは当該ファン８を具備した場合であっても筐体２内の温度状況によって間欠的に駆動させるものとしてもよい。

また、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する第２伝熱板９（液体用伝熱手段）を具備したので、筐体２内の排熱に加え血液浄化器から排出される透析液の熱も有効利用することができる。更に、フィン６（気体吸熱手段）、第１伝熱板７（気体用伝熱手段）及び第２伝熱板９（液体用伝熱手段）が一体化されて成るので、熱交換装置３の高機能化（ハイブリッド化）を図ることができるとともに、部品の共用を図ることにより熱交換装置３の構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

上記実施形態においては、熱交換装置３が筐体２の底面側に固設されているが、例えば図７、８に示すように、筐体２の上部側であって排気窓２ａ近傍に配設してもよく、この位置と図１、２で示す位置との両方にそれぞれ熱交換装置３を固設するようにしてもよい。尚、熱交換装置３の固設位置は、任意に決定されるべきであるが、筐体２内の空気の対流状況等を勘案して決定されるのが好ましい。

次に、本発明に係る第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る熱交換装置は、第１の実施形態と同様、透析治療で用いられる透析装置１の筐体２内に設置され、透析液又は透析液を調製するための水を加温可能なものであり、図９に示すように、第１熱交換部１４と、第２熱交換部１７とから主に構成されている。これら第１熱交換部１４と第２熱交換部１７とは直列に（長手方向に当接させて）接続されており、内部に形成された流路Ｓ３が当該第１熱交換部１４から第２熱交換部１７に亘り連続して形成されている。尚、適用される透析装置１及びその筐体２については、第１の実施形態と同様であるため、それらの説明を省略する。

第１熱交換部１４は、図１０及び図９に示すように、筐体２内の空気の熱を吸収するフィン１５（気体吸熱手段）と、該フィン１５で吸収された熱を透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する略円筒状の第１アルミ製鋳物１６（気体用伝熱手段）とを具備している。フィン１５は、アルミ等の伝熱特性に優れた周知の材料から成るとともに、第１アルミ製鋳物１６の外周面から突設され、吸収した熱が当該第１アルミ製鋳物１６に伝達されるようになっている。

第１アルミ製鋳物１６は、内部に螺旋状（コイル形状）の流路Ｓ３が形成されており、この流路Ｓ３に血液浄化器に供給すべき透析液（又は透析液を調製するための水）が流通し得るよう構成されている。かかる流路Ｓ３は、後述する第２熱交換部１７内部に形成された流路Ｓ３と連通しており、この連通した流路Ｓ３には、その一端側に入口側チューブＰ１及び他端側に出口側チューブＰ２が接続されている。而して、入口側チューブＰ１から供給された透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）が流路Ｓ１を流通し、出口側チューブＰ２から排出されるようになっている。

かかる透析液は、第１アルミ製鋳物１６における流路Ｓ３を流通する過程でフィン１５（気体吸熱手段）で吸収された熱が伝えられ、所定温度まで加温され得るようになっている。尚、上記流路Ｓ３に「透析液を調製するための水」を流通させ、当該水を加温するよう構成してもよく、その場合であっても血液浄化器に供給すべく調製された透析液を所定温度まで上昇させることができる。

第２熱交換部１７は、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第２アルミ製鋳物１８（液体用伝熱手段）にて構成されている。かかる第２アルミ製鋳物１８には、螺旋状（コイル形状）に形成された流路Ｓ３に加え、該流路Ｓ３と隣接した位置にて螺旋状（コイル形状）に延びた流路Ｓ４が形成されている。

この流路Ｓ４には、その一端側に入口側チューブＰ３及び他端側に出口側チューブＰ４が接続されている（図９及び図１１参照）。而して、入口側チューブＰ３から供給された透析液（血液浄化器から排出された透析液）が流路Ｓ４を流通し、出口側チューブＰ４から排出されるようになっている。尚、流路Ｓ３を流れる透析液（血液浄化器に供給されるべき透析液又はその調製のための水）と、流路Ｓ４を流れる透析液（血液浄化器から排出された透析液）とは流れる方向が反対となっている。

これにより、流路Ｓ４を流通する透析液（血液浄化器から排出された透析液）の熱が第２アルミ製鋳物１８に吸収されるとともに、その熱が当該第２アルミ製鋳物１８における流路Ｓ３を流通する透析液（血液浄化器に供給されるべき透析液又はその調製のための水）に伝えられて所定温度まで加温され得るようになっている。これにより、血液浄化器から排出された透析液は冷却される一方、血液浄化器に供給されるべき透析液（又は透析液を調製するための水）は加温されることとなる。

ここで、本実施形態においては、透析装置１における筐体２内の空気の熱を吸収するフィン１５（気体吸熱手段）と、該フィン１５で吸収された熱を透析液（血液浄化器に供給すべき透析液）（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第１アルミ製鋳物１６（気体用伝熱手段）と、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第２アルミ製鋳物１８（液体用伝熱手段）とが一体化されて熱交換装置を構成している。

上記実施形態によれば、透析装置１の筐体２内の空気の熱を吸収するフィン１５（気体吸熱手段）と、該フィン１５で吸収された熱を透析液（又は透析液を調製するための水）に伝えて加温する第１アルミ製鋳物１６（気体用伝熱手段）とを具備したので、筐体２外部のファン等が不要とされて透析装置１の騒音を低減することができるとともに筐体２内の排熱を有効利用することができる。

また、血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する第２アルミ製鋳物１８（液体用伝熱手段）を具備したので、筐体２内の排熱に加え血液浄化器から排出される透析液の熱も有効利用することができる。更に、フィン１５（気体吸熱手段）、第１アルミ製鋳物１６（気体用伝熱手段）及び第２アルミ製鋳物１８（液体用伝熱手段）が一体化されて成るので、熱交換装置の高機能化（ハイブリッド化）を図ることができるとともに、部品の共用を図ることにより熱交換装置の構成の簡素化及び小型化を図ることができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、例えば血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する液体用伝熱手段を具備しないものとしてもよく、特に第２の実施形態において、第１熱交換部１４を単独で配置（第２熱交換部１７が形成されないもの）したものであってもよい。

また、伝熱のための構成要件（フィン６及びフィン１５（気体吸熱手段）、第１伝熱板７及び第１アルミ製鋳物１６（気体用伝熱手段）、第２伝熱板９及び第２アルミ製鋳物１８（液体用伝熱手段））は、伝熱性が良好な材料であればアルミ以外の何れの材料から成るものであってもよい。更に、第２実施形態において、筐体２内の空気をフィン１５（気体吸熱手段）に送り込むファン等の送風手段を具備させてもよい。

筐体内の空気の熱を吸収する気体吸熱手段と、該気体吸熱手段で吸収された熱を透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する気体用伝熱手段とを具備した熱交換装置であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換装置及び適用される透析装置を示す正面模式図 同熱交換装置及び適用される透析装置を示す側面模式図 同熱交換装置を示す正面模式図 同熱交換装置を示す底面模式図 同熱交換装置が適用される透析装置の筐体に配設された排気窓の開口手段（閉状態）を示す模式図 同熱交換装置が適用される透析装置の筐体に配設された排気窓の開口手段（開状態）を示す模式図 同熱交換装置（他の位置への配設）及び適用される透析装置を示す正面模式図 同熱交換装置（他の位置への配設）及び適用される透析装置を示す側面模式図 本発明の第２の実施形態に係る熱交換装置を示す断面模式図 同熱交換装置を示す右側面模式図 同熱交換装置を示す左側面模式図

符号の説明

１ 透析装置
２ 筐体
３ 熱交換装置
４ 電気制御部
５ 配管部
６ フィン（気体吸熱手段）
７ 第１伝熱板（気体用伝熱手段）
８ ファン（送風手段）
９ 第２伝熱板（液体用伝熱手段）
１０ ルーバー
１１ 作動部
１２ バイオメタル
１３ スプリング
１４ 第１熱交換部
１５ フィン（気体吸熱手段）
１６ 第１アルミ製鋳物（気体用伝熱手段）
１７ 第２熱交換部
１８ 第２アルミ製鋳物（液体用伝熱手段）

Claims (4)

1. 透析装置の筐体内に配設され、透析液又は透析液を調製するための水を加温可能な熱交換装置であって、
   前記筐体内の空気の熱を吸収する気体吸熱手段と、
   該気体吸熱手段で吸収された熱を前記透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する気体用伝熱手段と、
   を具備したことを特徴とする熱交換装置。
2. 前記筐体内の空気を前記気体吸熱手段に送り込む送風手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
3. 血液浄化器から排出される透析液の熱を当該血液浄化器に供給される透析液又は透析液を調製するための水に伝えて加温する液体用伝熱手段を具備したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の熱交換装置。
4. 前記気体吸熱手段、気体用伝熱手段及び液体用伝熱手段が一体化されて成ることを特徴とする請求項３記載の熱交換装置。

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