JP6944458B2 - 熱交換器、人工肺および熱交換器の製造方法 - Google Patents
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Description
(1) 熱媒体が通過する中空部を有する多数本の中空糸膜を有し、該多数本の中空糸膜が集積されて、全体形状として円筒体の形状をなす熱交換器であって、
前記各中空糸膜は、前記中空糸膜の長手方向に引張られて伸長した引張り状態で前記円筒体の中心軸に対して傾斜して前記円筒体の中心軸回りに巻回されており、
前記各中空糸膜の前記引張り状態での伸長率は、0.5%以上、1%以下であり、
前記各中空糸膜の前記円筒体の中心軸に対する傾斜角度θは、22°以上、67°未満であり、
前記各中空糸膜の構成材料は、ヤング率Eが0.07GPa以上、2.6GPa以下のものであることを特徴とする熱交換器。
前記各中空糸膜を該中空糸膜の長手方向に引張った引張り状態で、前記円筒体の中心軸に対して傾斜させつつ、前記円筒体の中心軸回りに巻回する巻回工程を有し、
前記巻回工程では、前記各中空糸膜の前記引張り状態での伸長率が0.5%以上、1%以下、前記各中空糸膜の前記円筒体の中心軸に対する傾斜角度θが22°以上、67°未満となっており、
前記各中空糸膜の構成材料は、ヤング率Eが0.07GPa以上、2.6GPa以下のものであることを特徴とする熱交換器の製造方法。
前記巻回工程は、前記芯材の外周部上で前記各中空糸膜を前記円筒体の中心軸方向に往復動させて前記各中空糸膜の巻回を行ない、
前記巻回工程では、前記各中空糸膜が往復動する際、該中空糸膜を前記円筒体の一方側および他方側の双方で折り返して折り返し部を形成し、該折り返し部付近に固定用糸を前記円筒体の中心軸回りに巻回しつつ重ねて、前記折り返し部に対する固定を行なう上記(5)ないし(7)のいずれかに記載の熱交換器の製造方法。
前記固定用糸を前記芯材の外周部側から見たとき、前記固定用糸は、前記両端部の段差部と重なって配置される上記(8)に記載の熱交換器の製造方法。
前記固定用糸を前記芯材の外周部側から見たとき、前記固定用糸は、前記両端部の溝と重なって配置される上記(8)に記載の熱交換器の製造方法。
図1は、本発明の熱交換器を内蔵した人工肺の平面図である。図2は、図1に示す人工肺を矢印A方向から見た図である。図3は、図2中のB−B線断面図である。図4は、図2中の矢印C方向から見た図である。図5は、図1中のD−D線断面図である。図6は、図5中のE−E線断面図である。図7は、本発明の熱交換器の概略側面図である。図8および図9は、それぞれ、本発明の熱交換器の製造方法で用いられる装置を示す図である。図10は、図8および図9に示す装置で製造される熱交換器の母材の展開図の一例である。図11は、熱交換器の製造過程における中空糸膜の引張り状態を説明するための図である。図12は、図10に示す母材を切断する工程を順に示す図である。図13は、図12中のF−F線断面図である。なお、図1、図3、図4、図7〜図9、図12および図13中(図14、図15についても同様)の左側を「左」または「左方(一方)」、右側を「右」または「右方(他方)」という。また、図1〜図6中、人工肺の内側を「血液流入側」または「上流側」、外側を「血液流出側」または「下流側」として説明する。また、図7、図10および図12では、1本の中空糸膜を代表して誇張して描いている。
この人工肺10では、血液流入ポート201から流入した血液Bは、血液流入側空間24A、側孔243を順に通過して、熱交換部10Bに流れ込む。熱交換部10Bでは、血液Bは、血液流路33を下流方向に向かって流れつつ、熱交換部10Bの各中空糸膜31の表面と接触して熱交換(加温または冷却)がなされる。このようにして熱交換がなされた血液Bは、人工肺部10Aに流入する。
第1の工程は、各中空糸膜31をその長手方向に引張った引張り状態で、中心軸Oに対して傾斜させつつ、中心軸O回りに巻回する巻回工程である。これにより、母材(一次母材)3’が得られる。
第2の工程は、母材3’上に、中空糸膜束3Aとなる中空糸膜31をさらに巻回する巻回工程である。これにより、図12(a)に示すような二次母材3’’が得られる。
第3の工程は、二次母材3’’にフィルタ部材41Aを巻き付けて固定し、当該二次母材3’’を第1の円筒部材241とともに円筒状ハウジング本体21Aに収納する収納工程である。
第4の工程は、二次母材3’’を円筒状ハウジング本体21Aに対し固定する固定工程である。二次母材3’’の固定には、ポッティング材50が用いられ、当該ポッティング材50は、隔壁8、隔壁9となる。
第5の工程は、図12に示すように、ポッティング材50で固定された二次母材3’’の両端部をそれぞれ切断する切断工程である。これにより、人工肺10に用いられ得る中空糸膜束3Aおよび中空糸膜束3Bが一括して得られる。
第6の工程は、円筒状ハウジング本体21Aに第1の蓋体22A、第2の蓋体23Aをそれぞれ装着する装着工程である。なお、この装着後、例えば接着剤等により、第1の蓋体22A、第2の蓋体23Aをそれぞれ円筒状ハウジング本体21Aに固定してもよい。
図14は、熱交換器(第2実施形態)の製造過程における中空糸膜の固定状態を示す断面図である。
図15は、熱交換器(第3実施形態)の製造過程における中空糸膜の固定状態を示す断面図である。
(実施例1)
図1〜図5に示すような人工肺用熱交換部を作製した。この人工肺用熱交換部では、ハウジングは、ポリカーボネートで構成されている。ハウジングの内寸は、φ90×80mmであった。
中空糸膜の傾斜角度θ、中空糸膜のヤング率E、中空糸膜の構成材料、中空糸膜の伸長率、自然状態での中空糸膜の内径φd1、自然状態での中空糸膜の外径φd2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する中空糸膜1本当たりの長さL2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する各中空糸膜同士の間隔、中空糸膜束の外表面の面積を表1に示すとおりのものとした以外は、前記実施例1と同様にして、実施例2の人工肺用熱交換部を得た。
中空糸膜の傾斜角度θ、中空糸膜のヤング率E、中空糸膜の構成材料、中空糸膜の伸長率、自然状態での中空糸膜の内径φd1、自然状態での中空糸膜の外径φd2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する中空糸膜1本当たりの長さL2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する各中空糸膜同士の間隔、中空糸膜束の外表面の面積を表1に示すとおりのものとした以外は、前記実施例1と同様にして、実施例3の人工肺用熱交換部を得た。
中空糸膜の傾斜角度θ、中空糸膜のヤング率E、中空糸膜の構成材料、中空糸膜の伸長率、自然状態での中空糸膜の内径φd1、自然状態での中空糸膜の外径φd2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する中空糸膜1本当たりの長さL2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する各中空糸膜同士の間隔、中空糸膜束の外表面の面積を表1に示すとおりのものとした以外は、前記実施例1と同様にして、実施例4の人工肺用熱交換部を得た。
中空糸膜の傾斜角度θ、中空糸膜のヤング率E、中空糸膜の構成材料、中空糸膜の伸長率、自然状態での中空糸膜の内径φd1、自然状態での中空糸膜の外径φd2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する中空糸膜1本当たりの長さL2、中空糸膜束の中で最も内側の層に位置する各中空糸膜同士の間隔、中空糸膜束の外表面の面積を表1に示すとおりのものとした以外は、前記実施例1と同様にして、比較例1の人工肺用熱交換部を得た。
模擬的使用状態で、実施例1〜実施例4および比較例1の人工肺用熱交換部について、中空糸膜束中での水の圧力損失(最大)と、人工肺用熱交換部中に充填された血液充填量(最大)と、熱交換率とを測定した。
◎ :現存する人工肺用熱交換部よりも非常に優れている。
○ :現存する人工肺用熱交換部よりも優れている。
△ :現存する人工肺用熱交換部よりも若干優れている。
× :現存する人工肺用熱交換部と同等か、または、それよりも劣る。
10A 人工肺部
10B 熱交換部
2A ハウジング
21A 円筒状ハウジング本体
22A 第1の蓋体(左側蓋体)
221a 第1の部屋
23A 第2の蓋体(右側蓋体)
231a 第2の部屋
24A 血液流入側空間
241 第1の円筒部材
242 板片
243 側孔
244 凹凸部
245 第2の円筒部材
246 段差部
247 溝
25A 血液流出側空間
26 ガス流入ポート
27 ガス流出ポート
28 血液流出ポート
291、292 リブ
201 血液流入ポート
202 熱媒体流入ポート
203 熱媒体流出ポート
205 パージポート
3A、3B 中空糸膜束
3’ 母材(一次母材)
3’’ 二次母材
31 中空糸膜
311 始点
312、313、314 折り返し点
315 終点
318 右端開口
319 左端開口
32 流路
33 血液流路
351 第1の切断線
352 第2の切断線
4A 気泡除去手段
41A フィルタ部材
8、9 隔壁
11 固定用糸(線状体)
113 ボビン
50 ポッティング材
60 巻回装置
600 固定装置
601 筒状コア回転手段
602 ワインダ装置
603 モータ
604 モータシャフト
605 コア取付部材
606 本体部
607 リニアレール
608 リニアテーブル
609 ボールネジシャフト
701A 第1の繰出機構
701B 第2の繰出機構
702 吐出機構
703 モータ
704 ボールナット部材
705 吐出部
706 本体部
707 吐出部
708 支持部
709 テンショナ
801 コイルバネ
802 検出センサ
90 切断装置
901 カッター(刃物)
B 血液
φD1max、φD2max 最大外径
φd1 内径
φd2 外径
F1 引張力
F2 静止摩擦力
G ガス
H 熱媒体
i、ii、iii、iv、v、vi、vii 矢印
L1、L2 長さ
M1、M2、M3 矢印
O 中心軸
Qa 長さ
Qb 長さ
θ 傾斜角度(綾角)
Claims (10)
- 熱媒体が通過する中空部を有する多数本の中空糸膜を有し、該多数本の中空糸膜が集積されて、全体形状として円筒体の形状をなす熱交換器であって、
前記各中空糸膜は、前記中空糸膜の長手方向に引張られて伸長した引張り状態で前記円筒体の中心軸に対して傾斜して前記円筒体の中心軸回りに巻回されており、
前記各中空糸膜の前記引張り状態での伸長率は、0.5%以上、1%以下であり、
前記各中空糸膜の前記円筒体の中心軸に対する傾斜角度θは、22°以上、67°未満であり、
前記各中空糸膜の構成材料は、ヤング率Eが0.07GPa以上、2.6GPa以下のものであることを特徴とする熱交換器。 - 前記各中空糸膜の構成材料は、ポリアミド系またはポリエステル系の樹脂材料である請求項1に記載の熱交換器。
- 前記中空糸膜は、その外径が1mm以下のものである請求項1または2に記載の熱交換器。
- 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の熱交換器を内蔵したことを特徴とする人工肺。
- 熱媒体が通過する中空部を有する多数本の中空糸膜を有し、該多数本の中空糸膜が集積されて、全体形状として円筒体の形状をなす熱交換器を製造する方法であって、
前記各中空糸膜を該中空糸膜の長手方向に引張った引張り状態で、前記円筒体の中心軸に対して傾斜させつつ、前記円筒体の中心軸回りに巻回する巻回工程を有し、
前記巻回工程では、前記各中空糸膜の前記引張り状態での伸長率が0.5%以上、1%以下、前記各中空糸膜の前記円筒体の中心軸に対する傾斜角度θが22°以上、67°未満となっており、
前記各中空糸膜の構成材料は、ヤング率Eが0.07GPa以上、2.6GPa以下のものであることを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 前記各中空糸膜の構成材料は、ポリアミド系またはポリエステル系の樹脂材料である請求項5に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記中空糸膜は、その外径が1mm以下のものである請求項5または6に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記熱交換器は、円筒状をなし、前記各中空糸膜が巻回される芯材を有するものであり、
前記巻回工程は、前記芯材の外周部上で前記各中空糸膜を前記円筒体の中心軸方向に往復動させて前記各中空糸膜の巻回を行ない、
前記巻回工程では、前記各中空糸膜が往復動する際、該中空糸膜を前記円筒体の一方側および他方側の双方で折り返して折り返し部を形成し、該折り返し部付近に固定用糸を前記円筒体の中心軸回りに巻回しつつ重ねて、前記折り返し部に対する固定を行なう請求項5ないし7のいずれか1項に記載の熱交換器の製造方法。 - 前記芯材の外周部の両端部には、該芯材の外径が減少した段差部が形成されており、
前記固定用糸を前記芯材の外周部側から見たとき、前記固定用糸は、前記両端部の段差部と重なって配置される請求項8に記載の熱交換器の製造方法。 - 前記芯材の外周部の両端部には、前記外周部の周方向に沿って形成された溝が凹没しており、
前記固定用糸を前記芯材の外周部側から見たとき、前記固定用糸は、前記両端部の溝と重なって配置される請求項8に記載の熱交換器の製造方法。
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