JPH0122801B2 - - Google Patents

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JPH0122801B2
JPH0122801B2 JP54501819A JP50181979A JPH0122801B2 JP H0122801 B2 JPH0122801 B2 JP H0122801B2 JP 54501819 A JP54501819 A JP 54501819A JP 50181979 A JP50181979 A JP 50181979A JP H0122801 B2 JPH0122801 B2 JP H0122801B2
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conduit
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fluid
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Burian Joon Beruhausu
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Description

明細書 本発明は、普通一方が液体である２つの流体間
の熱又は質量の伝達を伝達膜を通して行う装置に
関するものである。前記装置は、人工肺である血
液の酸素注入装置や、人工腎臓のような透析装置
に用いられており、この場合、一方の流体は血液
であり、他方は酸素又は透析物である。この膜を
通しての伝達を実施できるのは、流体の総量を膜
と極めて近接させることが可能な場合に限定され
る。流体が流れている導管（conduit）の厚さを
減少させて流体層の厚さを減少させるのは、これ
が装置に望ましくない圧力降下をもたらし、不均
一な散布やよどみ部分の因となるので、十分では
ない。これは血液の場合は血栓症の危険を招く。
我々は、流体が流れる導管をその内部で流体の
重要な混合が行われる如く形成することが適切な
解決になると確信する。英国特許明細書番号
1442754（対応日本公報、特公昭56−15923）に、
少くとも部分的に膜によつて境界を限定された流
体の一方が流れる為の導管を有し、前記導管の横
の寸法が、膜に多数の中空部を設ける為に、導管
の長さ方向に規則的に繰り返し変化する如く形成
されている装置が既に提案されている。前記装置
は又、導管と連絡していて流体を導管へ脈動しつ
つ流し込む為の手段を有しており、その配置は、
中空部を通過した流体の脈動が、中空部の中で流
体の導管の中における普通の流れ方向に対して水
平及び垂直方向の運動成分を有する回転流体流を
ひき起こすようになつている。前記装置について
参照説明する。
前記導管は、２つの主要素をなす平面状の表面
によつて境界を限定されることが可能であり、こ
れにより導管はその中の普通の流れ方向に対して
横方向に細長い断面を有することになり、前記表
面のうち少くともひとつは、導管の境界を限定し
ている表面の少くともひとつにうねを立てて必要
な中空部を設けてある膜で作られている。この導
管は管状のものでもよく、この場合は、膜ででき
たその壁に対して本質的に軸対称形となる。管状
の導管は自立し、複雑な型の支持板を要しない利
点がある。しかし、これらは、代表的装置の需要
数を製造した場合安価ではなかつた。
本発明によれば、前述の種数の装置に用いる導
管集合体は、少なくとも一枚が伝達膜材料である
プラスチツク材料でできた二枚のシートを有し、
これらは互いに異なる位相になつている各対をな
すラインのライン起伏に沿つて互いに普通は同一
方向に伸びる数対の曲りくねつたラインに沿つて
向い合つて密封されており、これによつて前記シ
ート間及び各対をなすライン間の通路の起伏上
に、長さ方向に実質的に規則的な間隔を置き、間
に圧縮部を配した中空部を有する管状導管を提供
している。
この方法によつて、一般的には伝達膜材料の壁
を有する管状導管を平面状に配列し、かつ必要な
内部配位を施した単位構造が容易に提供される。
各隣接する対のラインの隣接ラインの起伏も又
互いに異なる位相である場合は、ひとつの導管に
環状の中空部を設け、その横方向の各隣接導管に
は圧縮部を配する如く、必要な内部配位を施した
管状導管を各隣接対のライン間に設ける。これ
は、スペースと材料を最も節約する設計である。
導管を配列した前記単位構造は又、導管の各端
と連絡している２つのシートスペース間を限定す
る付加密封ラインを設けて、流体入出マニホルド
を加えることも可能である。
各マニホルドスペースへ致る入出路も又、さら
に密封ラインを用いることによつて、二枚のシー
ト間に設けることができる。しかし、マニホルド
の少くとも一方に流体を引き入れるか、又は排出
させる方法としては、デイストリビユータを用い
るのが望ましく、このデイストリビユータはマニ
ホルド内で密封され、二枚のシート間に設けられ
るので、通路を有し、この通路は使用に際して
は、前記シートの少くとも一方を介して開かれ、
各マニホルドへ通じるようになつている。使用前
に、この集合体の内部を清潔に保つ為に、デイス
トリビユータを無孔のシート間に設けておき、使
用直前にデイストリビユータの通路と同心円上に
シートの少くとも一枚に穴を開けるように製造す
ることも可能である。
使用に際しては、管状導管の単位集合体をひと
つ又は幾つか積み重ねたものをハウジング内に設
け、適切なポンプ装置と接続する。そして一方の
流体が導管へ並列した形で脈動しつつポンプ注入
され、他方の流体は、伝達膜材料と接触している
集合体又は集合体の集まりの囲りのハウジングへ
ポンプ注入される。この第２流体は、ハウジング
を通つて第１流体に対して横流又は逆流する流れ
であることが望ましい。集合体を重ね合わせて用
い、集合体マニホルドに前記のデイストリビユー
タを設ける場合は、相当集合体マニホルドのデイ
ストリビユータの通路を互いに密封して、全集合
体への、又は、全集合体からの連続通路を構成す
ることが可能である。
前記導管集合体の二枚のシートの各々を作つて
いるプラスチツク材料は、その集合体が医療用に
用いられる時は、然るべき衛生学上のグレードの
ものを用いる。このプラスチツク材料は、普通
は、ポリプロピレン、ポリエチレン、又は、ポリ
テトラフルオルエチレン（PTFE）の如き熱可塑
性材料、即ち、加熱すると軟化し、次いで冷却す
ると元に戻るもの、である。次ぎに密封ライン
は、例えば、熱したダイズを直接用いるか、又は
超音波溶接具を用いて熱密封して製造できる。
又、溶媒溶接も可能である。
管状導管の壁を必要な配位で膨張させ、望まし
い形にセツトする為には、この導管に流体、望ま
しくは液体、を満たし、その弾性限度を正に越え
んとする程にシート材料を引き伸ばす程の圧力を
かけて膨張させる方法が可能である。この処置を
行うと、管状導管は、どこをとつても実質的に円
形の断面を有するようになる。熱した空気に圧力
をかけて、この膨張段階をより迅速に行うことも
可能である。
環状圧縮部と中空部の間になだらかな推移部分
を配するように、この導管をセツトする為には、
この導管を、例えば、フレーム上に積み重ねる
か、又は、実際に使用する最終ハウジングの中
で、準備中、長さ方向に引き伸ばすことが望まし
い。ある特定のシート材料では、一方向に引き伸
ばす方が垂直に引き伸ばすよりも容易であるよう
に製造されている。管状導管の長さと実質的に平
行した方向に引き伸ばすのが容易なこのような材
料を用いることが望ましい。
本発明に係る導管集合体を備えた人工肺の例を
添付図面で説明する。
第１図は、人工肺のカバーをとりはずした平面
図である。
第２図は、カバーを配置した人工肺の第１図の
ライン−における断面図である。
第３図は、第１図のライン−における断面
図であり、第２図より拡大して示してある。
第４図は、一部破断図で示した本発明による導
管集合体の透視図である。
図示した人工肺は、カバー１０とベース１１に
より形成された長方形のハウジングを有し、前記
カバー１０とベース１１は同様な形をしており、
これらはその角でねじ１２によつて固定されてい
る。ねじ１２は、カバーの中の穴１３を通り抜
け、ベースのねじタツプ穴１４にねじこまれる。
密封用ガスケツト１５が、カバー１０とベース１
１の端間に挿入されて、ハウジング内に室を密封
する。カバーとベースの内面が１６で切り込まれ
て、ハウジング内の室が幅の広い中央部分１７と
各端の狭い部分１８とから構成されるようになつ
ている。
カバー１０には、各端の中心部に大きな開口１
９が設けてあり、これに外部ホース２０が結合し
ており、これと斜め反対の部分に小さい開口２１
があり、これに外部ホース２２が取付けてある。
ハウジングは、引き伸ばした八角形の形をした
導管集合体２３を囲んでいる。この集合体は、ゴ
アテツクス（Gore−tex）という商品目で販売さ
れている種類の微孔性ポリテトラフルオルエチレ
ン膜材料でできた二枚のシート３０によつて形成
されており、これらは幾つかの一般には並列で、
しかし曲りくねつたライン２４と周辺八角形ライ
ン２５とに沿つて互いに熱密封してある。ライン
２４が、シート間の境界を限定し、この二枚の膜
シート間に管状導管２６が並列配列されている。
この導管は、膨張すると環状部分になり、直径の
増加、減少を繰り返し、これによつて圧縮部２８
によつて分けられる一連の長さ方向に間隔を置い
た中空部２７を提供する。隣接する導管２６の中
空部と圧縮部が互いに異なる位相であり、その結
果、それらは互いに組み合わされ、実質的に同心
のままの曲線２４に沿つて結合されていることが
解る。各導管２６の最大直径は、各中空部におい
て実質的には５mmであり、隣接する中空部間のピ
ツチも同程度の長さである。
導管集合体の各端においては、周辺密封ライン
２５が、膜シート間に、導管の隣接端と連絡を保
ちつつ、菱形の入出マニホルド２９の境界を限定
している。各マニホルド内には、ポリカーボネー
トのようなプラスチツク材料で作られ、前記二枚
の膜シートの内面に熱密封された固定環状デイス
トリビユータ３１が設けてある。このデイストリ
ビユータは、中央通路３３からデイストリビユー
タを経て各マニホルドに通じる一連の半径ポート
３２を有している。又、このデイストリビユータ
の一面上には突出した環状フランジ３４があり、
これは通路３３と同心円上に位置し、導管集合体
の上部膜シートの穴を通つて隣接通路１９へ伸び
ている。これらのフランジ３４は、２つの開口１
９へ伸びて、ハウジング内に導管集合体の位置を
定め、上下に膜シートを有するデイストリビユー
タ３１をカバー１０とベース１１の間にクランプ
して固定が完了し、これによつて狭い室部分１８
の幅が決定される。
使用の際は、第１図及び第２図に示されるハウ
ジングの左端のホース２０は血液源に接続され
て、脈動する流れを人工肺にポンプ注入するが、
これは例えば、往復ポンプに直列に設けられた単
向ロールポンプ手段によつて行われる。同様に、
第１図及び第２図の右端のホース２０は、血液戻
し回路（return blood circuit）に接続される。
血液はこれにより左のホース２０から流入し、左
のデイストリビユータ３１と流入マニホルド２９
を経て、導管２６を並列して通り、排出マニホル
ド２９と排出デイストリビユータ３１を経て、右
の排出ホース２０へと流れる。この血液は、導管
２６を平均流れ速度で流れるが、往復流成分が重
畳されて、血液を交互に加速させたり減速させた
りする。これが第４図に示される中空部２７内の
渦Ｂをもたらす。これらの働きによつて血液は緊
密に混ぜ合わされ、血液と伝達膜間の密接な接触
が促進される。
これと同時に、酸素が第１図及び第２図に示さ
れるハウジングの右端の酸素注入ホース２２を経
て定常流にポンプ注入される。これは導管集合体
２３の外部と接触しているハウジングを経て、ハ
ウジングの左端の酸素排出ホース２２から外へ、
本質的に対角線上に行なわれる。酸素Ｏはこうし
て血液に対し一部は横流し、一部は逆流して、導
管集合体２３の膜壁を介して良好な伝達が行なわ
れる。
この人工肺のテストが羊の血液を用いて行なわ
れた。血液は、行程体積1.3ml、パルス周波数毎
分200の往復ポンプを用いて往復成分を加え、毎
分75mlの定流率で注入された。酸素伝達率は200
ml／min・m2に達した。この人工肺の表面積は
106cm3であつた。
これと同じ人工肺は生きている羊の外頚静脈に
カニユーレを用いた静脈−静脈バイパスを設けて
テストされた。定血液流率75ml／minでこの肺は
注入口の63％から排出口の83％まで血液の酸素浸
潤を増加し、酸素伝達率は226ml／min・m2に達
した。
ハウジングの深さを増加し、導管集合体を２つ
あるいはそれ以上積み重ねて収容することも可能
である。この場合、下の集合体のデイストリビユ
ータの環状フランジ３４は、上の集合体の下の方
の膜シートの穴を通つて上方向に突出し、上の集
合体の通路３３の下部端部内に突出、密封され
る。そして、積み重なつた全集合体に単一の血液
供給及び復帰ラインが設けられる。
図示した導管集合体は、二枚のシートを適切な
引き伸ばした形の八角形に切断し、ライン２４と
２５の形に相当するように幾つかの直立金属条片
によつて形成された熱密封ダイス上に上記切断し
たシートを向い合わせに置いて作られる。この金
属条片は、ゴム又は石綿の土台に埋め込まれ、電
気加熱回路に接続される。次いでシートがやわら
かいパツトでカバーされて、ダイスに対してサン
ドイツチ状に押えられ、加熱電流が順番に金属条
片を通つて流れる。各対をなす曲線の密封には、
170ワツトの電力で２乃至３秒を要する。全ライ
ンの熱密封が完了した後、この集合体は、約16℃
の水と約1.05Kg／cm2の超大気圧で加圧される。こ
れは導管２６を膨張させるに十分であり、実際、
膜シート材料をその弾性限度を正に越えんとする
所まで引き伸ばすので、その後、減圧すると、導
管は中空部と圧縮部の間になだらかな推移部を有
する管状形を保つ。膨張段階の間、この集合体は
導管の長さ方向と平行して引き伸ばされるのであ
るが、これはフレーム上で行なわれるか、又は単
に、デイストリビユータ３３と、デイストリビユ
ータ近辺にかけた締めつけ圧力をもつて、図示し
たハウジング内に集合体の位置を定めることによ
つて行なわれることも可能である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 伝達膜を介して２つの流体の間で物質の伝達
    を行なう導管集合体であつて、流体の一方を通す
    ための、伝達膜により少なくとも部分的に規定さ
    れる導管２６を具備し、該導管の横方向の寸法が
    導管の長手方向に沿つて規則的に繰り返し変化し
    て多数の中空部２７を伝達膜の中に構成し、該導
    管と連結し導管に流体の脈流を提供する手段２０
    が設けられ、中空部を通過する流体の脈流が中空
    部に導管の長手方向に平行及び直角の成分をもつ
    うず流を生じさせる伝達膜集合体において、 前記集合体はプラスチツク材による２枚のシー
    ト３０を有し、 それらのうち少なくとも１枚が伝達膜材料で作
    られ、 ２枚のシートは向い合せに、同じ方向にのびる
    複数の異なる位相で隣接する曲がりくねつたライ
    ン２４に沿つて密封され、 前記シート間及び各対のライン間の通路の膨張
    によつて、長手方向に圧縮部２８をはさんで規則
    的な間隔で配置される中空部２７をもつ導管２６
    が構成されることを特徴とする伝達膜集合体。 ２ ２枚のシートが、各導管の終端と結合して流
    体の入出マニホルド２９として働く空間を規定す
    る別のライン２５に沿つて密封されることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の伝達膜集合
    体。 ３ 前記マニホルド２９の少なくとも一方に、２
    枚のシートの間に密封されるデイストリビユータ
    ３１が設けられ、該デイストリビユータは通路３
    ２，３３を有し、該通路は使用に際して少なくと
    も一方のシートを介して開いて前記マニホルドに
    通じ、伝達膜集合体に流体を導き、又、排出する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の伝
    達膜集合体。 ４ 前記２枚のシート３０を構成するプラスチツ
    クが熱可塑性材料であることを特徴とする特許請
    求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の
    伝達膜集合体。 ５ ライン２４，２５は熱密封ラインであること
    を特徴とする特許請求の範囲第４項記載の伝達膜
    集合体。 ６ 伝達膜集合体がハウジング１０，１１の中
    に、導管と連結し導管に流体の脈流を提供する手
    段２０と、ハウジングを介して伝達膜集合体と接
    し第２流体を通過させる手段２２が設けられるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項
    のいずれか１項に記載の伝達膜集合体。 ７ 伝達膜を介して２つの流体の間で物質の伝達
    を行なう導管集合体であつて、流体の一方を通す
    ための、伝達膜により少なくとも部分的に規定さ
    れる導管２６を具備し、該導管の横方向の寸法が
    導管の長手方向に沿つて規則的に繰り返し変化し
    て多数の中空部２７を伝達膜の中に構成し、該導
    管と連結し導管に流体の脈流を提供する手段２０
    が設けられ、中空部を通過する流体の脈流が中空
    部に導管の長手方向に平行及び直角の成分をもつ
    うず流を生じさせる伝達膜集合体であり、 前記集合体はプラスチツク材による２枚のシー
    ト３０を有し、 それらのうち少なくとも１枚が伝達膜材料で作
    られ、 ２枚のシートは向い合せに、同じ方向にのびる
    複数の異なる位相で隣接する曲がりくねつたライ
    ン２４に沿つて密封され、 前記シート間及び各対のライン間の通路の膨張
    によつて、長手方向に圧縮部２８をはさんで規則
    的な間隔で配置される中空部２７をもつ導管２６
    が構成され、 前記２枚のシート３０を構成するプラスチツク
    が熱可塑性材料である伝達膜集合体の製造方法に
    おいて、 ライン２４に沿つて２枚のシート３０が密封さ
    れた後、前記導管を流体で満たし、正にその弾性
    限界を越えんとする圧力をかけて導管を膨張させ
    ることを特徴とする伝達膜集合体の製造方法。 ８ 前記膨張の段階で伝達膜集合体が導管の長手
    方向に引きのばされることを特徴とする特許請求
    の範囲第７項記載の伝達膜集合体の製造方法。 ９ 前記シートが１方向への引きのばしが、その
    垂直方向よりも容易なプラスチツク材料で構成さ
    れ、引きのばしの容易な方向が導管の長手方向で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載
    の伝達膜集合体の製造方法。
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