JP5333224B2 - 医療用熱交換器及びその製造方法並びに人工肺装置 - Google Patents
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Description
TBIN :血液流入側温度
TBOUT :血液流出側温度
TWIN :熱媒体(水)流入側温度
また、スペーサの装着により流動室を分割可能とし、それにより、熱媒体液を所望の順序で複数段の細管束ユニットを順次通過させる簡潔な構造としても、介挿部材を配置することにより、血液流路の容積の増大を抑制することができる。
2、30、36、102 細管束
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、32b、38c 冷温水導入ポート
6b、7b、32a、38a、38b 隔壁
7 冷温水導出ヘッダー
7a、32c、38d、38e 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細管束ユニット
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
19 連結枠
20、20a、20b 介挿部材
21 円環状リブ
22 接続リブ
23 円環枠
24 隙間
25 結合部
25a 結合突起
26 枠体
26a 位置決めリブ
27 位置決め突起
28 桟部材
29 嵌合部
31a、31b 細管束ユニット
32、38 冷温水導入出ヘッダー
33、39 冷温水還流ヘッダー
34a、40a 導入室
34b、40b、40c 導出室
35、41 還流室
37a 中央部細管束ユニット
37b、37c 側部細管束ユニット
50 熱交換器
51 人工肺
52 ハウジング
53 ガス導入路
54 ガス導出路
55 中空糸膜
56 シール部材
57 血液流路
58 血液導出口
図1Aは、実施の形態1における医療用熱交換器を示す平面図である。図1Bは、図1AのA−A断面図、図1Cは図1AのB−B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2と、細管束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。
実施の形態2における医療用熱交換器について、実施の形態1と同様、図1A〜図1Cを参照して説明する。本実施の形態では、血液の流通方向すなわち縦方向に複数段の細管束ユニットが積層された縦方向折り返し構造を有する場合であって、第1〜第3細管束ユニット12a〜12cの各段間に間隔を形成するための部材として、スペーサ13を用いた構成について詳述する。他の構成は、実施の形態1の場合と同様であり、説明の繰り返しを省略する。
図7Aは、実施の形態3における医療用熱交換器を示す平面図である。図7Bは、図7AのC−C断面図である。図7AにおけるD−D断面の形状は、図1Cに示した実施の形態1の場合と同様である。本実施の形態の特徴は、図7Bに示すように、血液流路5内の第1〜第3細管束ユニット12a〜12cの各段間に、介挿部材20が配置されたことである。従って、実施の形態1及び2の場合と同様の要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
(A)介挿部材として細管束ユニットの段間に伝熱細管1を配置(冷温水は流さない)
(B)図9に示した本実施の形態の介挿部材20を配置
(C)図10Aに示す形状の介挿部材20aを配置
(D)介挿部材を配置せずに間隙のまま残したもの
(E)図10Bに示す形状の介挿部材20bを配置
サンプルAは、理想的な形態であるが、材料コストが高くなる。サンプルB、C、Eについては、介挿部材の体積による充填率が同一になるように設定して比較を行った。図10Aに示す介挿部材20aは、径方向のリブのみで構成したもの、図10Bに示す介挿部材20bは、直線状のリブのみで構成したものである。
実施の形態4における医療用熱交換器の基本構成は、実施の形態3の場合と同様であり、従って、その平面形状及び断面形状は、図7A、図7B、図1Cに示されたものと同様である。本実施の形態の特徴は、介挿部材20とスペーサ13とを別体とした分離構造を採用し、それに適した改良を加えたことである。従って、実施の形態3の場合と同様の要素については同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
実施の形態5における医療用熱交換器の構成及びその製造方法について、図15A及び図15Bを参照して説明する。図15Aは、第2細管束ユニット12b等及び介挿部材20が、枠体26に装着された状態を示す。図14Cと同様、第1細管束ユニット12aが省略され、第2細管束ユニット12bも概略的に示されている。本実施の形態により製造される医療用熱交換器の基本構造は、図14Cに示した熱交換器と概ね同様であるが、介挿部材20の位置決め構造が相違する。
図16Aは、実施の形態6における熱交換器を示す平面図である。図16Bは、図16AのE−E断面図である。実施の形態1の図1A等に示した要素と同様の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
図17Aは、実施の形態7における熱交換器を示す平面図である。図17Bは、図17AのF−F断面図である。実施の形態6の図16A、図16Bに示した要素と同様の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。
図19は、実施の形態8における人工肺装置を示す断面図である。この人工肺装置は、実施の形態3における熱交換器50を人工肺51と組み合わせて構成されている。但し、熱交換器50に代えて、上述の他の実施の形態における熱交換器のいずれかを備えた構成とすることもできる。
Claims (20)
- 内腔に熱媒体液を流通させるための複数本の伝熱細管を配列し積層して形成された細管束と、
前記伝熱細管の両端を露出させるとともに、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て前記細管束を封止したシール部材と、
前記シール部材及び前記細管束を収容するとともに、前記血液流路の両端に各々位置する血液の導入口及び導出口が設けられたハウジングと、
前記細管束の両端部をそれぞれ包囲する流動室を形成し、前記熱媒体液の導入ポート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、
前記細管束は、前記血液流路の流通方向において、各々が複数本の前記伝熱細管を含む複数組の細管束ユニットに分割されて、複数段の前記細管束ユニットの積層構造が形成されており、
前記複数段の細管束ユニットの段間にはスペーサが装着されて、各段間に所定の間隔が設けられ、
前記血液流路内の領域中で、前記細管束ユニット間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、
前記伝熱細管ヘッダーは、導入される前記熱媒体液が、前記複数段の細管束ユニットを順次通過するように構成されたことを特徴とする医療用熱交換器。 - 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ユニットから上流側に配置された上流段の前記細管束ユニット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た請求項1に記載の医療用熱交換器。
- 前記細管束は、3段の前記細管束ユニットに分割された請求項1または2に記載の医療用熱交換器。
- 各段の前記細管束ユニットを構成する前記伝熱細管の総数が2層または3層である請求項3に記載の医療用熱交換器。
- 前記血液流路は、周囲を前記シール部材で封止された円筒状に形成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の医療用熱交換器。
- 少なくとも一方の前記流動室は、前記間隙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ユニットを順次通過し、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た請求項1に記載の医療用熱交換器。
- 前記スペーサは、前記血液流路を挟む両側の前記シール部材で封止された領域にそれぞれ配置されて一対を成している請求項1に記載の医療用熱交換器。
- 前記一対のスペーサは、互いに連結されて一体を成している請求項7に記載の医療用熱交換器。
- 前記細管束ユニットは、複数本の前記伝熱細管の配列状態を保持する細管列保持部材を有し、
前記スペーサは、隣接する前記細管束ユニット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6〜8のいずれか1項に記載の医療用熱交換器。 - 前記流動室は、前記血液流路の上流端または下流端に位置する1段の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室と、他の2段毎の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室に区画され、
前記導入ポートおよび前記導出ポートは、前記1段の細管束ユニットに対応する前記流動分室に対して設けられている請求項6に記載の医療用熱交換器。 - 前記細管束ユニットは3段に構成され、
前記伝熱細管ヘッダーの一方は、前記血液流路の上流端に位置する1段の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室、及び下流側の2段の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室を有し、
前記伝熱細管ヘッダーの他方は、前記血液流路の下流端に位置する1段の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室、及び上流側の2段の前記細管束ユニットに対応する前記流動分室を有し、
前記導入ポートは前記下流端の細管束ユニットに対応する前記流動分室に設けられ、前記導出ポートは、前記上流端の細管束ユニットに対応する前記流動分室に設けられている請求項10に記載の医療用熱交換器。 - 前記介挿部材は、同心円状に配列された複数本の円環リブと、前記円環リブの径方向に放射状に延在し、各々の前記円環リブ間を接続する接続リブとを備えた請求項1に記載の医療用熱交換器。
- 前記円環リブは、前記血液流路の方向を短軸とする楕円形の断面形状を有する請求項12に記載の医療用熱交換器。
- 前記スペーサは、前記血液流路を挟む両側の前記封止された領域にそれぞれ配置されて一対を成しており、
前記スペーサと前記介挿部材とは、互いに異なる部材からなる請求項1に記載の医療用熱交換器。 - 前記細管束ユニットの各段間に配置された複数の前記介挿部材を、前記細管束の側縁部で結合する結合部を備えた請求項14に記載の医療用熱交換器。
- 前記細管束の側縁部に配置された位置決め部材を備え、
前記細管束ユニットの各段間に配置された複数の前記介挿部材は、周縁の一部に前記位置決め部材と係合する係合部を有し、その係合により、前記細管束に対して位置決めされている請求項15に記載の医療用熱交換器。 - 前記位置決め部材は、前記ハウジングの内壁に形成されている請求項16に記載の医療用熱交換器。
- 前記細管束ユニットでは、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、
前記シール部材と同一の材料からなり、一対の前記細管列保持部材と前記介挿部材の間に配置された一対の桟部材を更に備え、
前記桟部材は、前記介挿部材及び一対の前記細管列保持部材に当接するとともに、前記シール部材中に封止されている請求項14に記載の医療用熱交換器。 - 請求項1に記載の医療用熱交換器を製造する方法であって、
前記伝熱細管の配列状態を保持する細管列保持部材を用いて前記細管束ユニットを形成する細管束ユニット形成工程と、
複数の前記細管束ユニットを、各段間の両端部にスペーサを配置し、かつ前記細管束ユニットの中央部の各段間には前記細管束ユニット間の間隙の一部を埋める前記介挿部材を介在させて積層して細管束モジュールを形成する細管束モジュール形成工程と、
前記細管束の両端を露出させるとともに、前記介挿部材を含む領域に前記血液流路を形成し、前記介挿部材は前記血液流路と連通する流路を有するように、前記細管束モジュールを前記シール部材により封止する封止工程とを含み、
前記細管束モジュール形成工程では、前記シール部材と同一の材料からなる桟部材を、一対の前記細管列保持部材と前記介挿部材の間にそれぞれに当接するように配置することにより、前記介挿部材を前記細管列保持部材間に保持させ、
前記封止工程では、前記桟部材を前記シール部材中に封止することを特徴とする医療用熱交換器の製造方法。 - 請求項1〜18のいずれか1項に記載の熱交換器と、
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。
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