JPH04114351U - 熱交換器および貯血槽 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 血液流入口６と血液流出口７とを有し、さら
に内部に貯血空間５を有する貯血槽１内に設けられた、
複数の管体１０から構成される熱交換器９であって、管
体１０に対向する内壁３４には上下方向に形成された溝
状の通路３５を設けた構造とし、該通路３５からプライ
ミング時などの気泡を排出するものである。 【効果】 熱交換効率を低下させることなく、管体１０
と内壁３４との間に入った気泡を抜け易くすくした。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、体外血液循環回路に設置され、血液を加温または冷却する熱交換器 およびこれを備える貯血槽に関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば、心臓外科手術においては、送血ポンプを作動して患者の静脈より脱血 し、人工肺によりガス交換を行なった後、この血液を再び患者の動脈に戻すとい う人工肺体外血液循環が行なわれる。この人工肺体外血液循環回路には、脱血し た血液を一時的に貯留しておく貯血槽と、血液の温度を調整する熱交換器とが設 置される。

【０００３】 貯血槽は、回路内の血液量を調整し、返血量を一定に保つための緩衝機能を有 するとともに、脱血した血液の除泡能をも有している。

【０００４】 また、熱交換器は、例えば、手術中には血液の温度を２０℃程度に冷却し、手 術終了時には血液を加温して体温に戻すように使用される。

【０００５】 このような体外血液循環回路においては、患者の負担を軽減するために、回路 内における血液のプライミング量をできるだけ少なくすることが課題とされてお り、そのため、熱交換器を内蔵した貯血槽が開発されている。この貯血槽は、内 部に貯血空間を有するハウジングを有し、前記貯血空間内にコイル状の金属管を 設置し、この金属管内に熱交換用の媒体（以下、熱媒体という）を通し、金属管 の管壁を介して熱媒体と血液との熱交換を行なうことにより、貯血空間内の血液 を加温または冷却するものである。

【０００６】 また、さらに熱交換効率を向上するため、コイル状の金属管に代え、平行に配 設された複数の金属製直管を用いた熱交換器およびこれを内蔵する貯血槽も開発 されている。

【０００７】 このような熱交換器および貯血槽では、熱交換効率を高めるために、直管の配 設密度を高くするとともに、ハウジング内壁とこれに隣接する直管との間隙距離 を小さくすることが必要であるが、そのため、次のような問題が生じる。

【０００８】 すなわち、体外血液循環を開始するのに先立って、血液循環回路内を生理食塩 水のようなプライミング液にてプライミングするが、プライミング液自体が気泡 を含んでいたり、あるいはチューブや部材の接合部で発生した気泡がプライミン グ液に混入する場合があり、それらの気泡は直管同士の間隙や直管とハウジング 内壁との間隙を通って浮上することができず、熱交換器内に残留する。

【０００９】 このような気泡の残留があると、体外血液循環を開始した際に、動脈に返血す る血液中にその気泡が混入するおそれが生じ、生体にとって非常に危険である。

【００１０】 また、このような気泡を除去するために、熱交換器や貯血槽に揺動、振動を与 えることが行なわれるが、装置が複雑化する上、十分な効果を有するものではな かった。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

本考案の目的は、気泡の残留が生じない熱交換器および貯血槽を提供すること にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

このような目的は、下記（１）〜（３）の本考案により達成される。

【００１３】 （１） 内部に貯血空間が形成されたハウジングと、前記貯血空間に連通する血 液流入口および血液流出口と、前記貯血空間内に架設された複数の管体と、該管 体内に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記管体内を通過した熱媒体を排出す る熱媒体排出部とを備える熱交換器であって、 前記各管体に対向する前記ハウジングの内壁には、気泡が浮上しうる通路が複 数形成されていることを特徴とする熱交換器。

【００１４】 （２） 前記各管体は平行に配置された直管であり、各直管の両端の開口を閉塞 することなく各直管の両端部を隔壁により支持してなる上記（１）に記載の熱交 換器。

【００１５】 （３） 上記（１）または（２）に記載の熱交換器を備えることを特徴とする貯 血槽。

【００１６】

【作用】

このような構成の本考案によれば、貯血空間内に架設された各管体の直管部が 隣接しているハウジング内壁には、複数の通路が設けられているため、管体より 下方の空間および管体とハウジング内壁との間隙に存在する微小な気泡は、前記 通路を介して容易に浮上して抜けでることができる。なお、この通路は、ハウジ ング内壁の幅方向全域にわたって形成されているのではなく、溝状に複数設けら れているので、気泡の浮上、排出が特に容易となるとともに、チャネリングによ る熱交換率の低下も少ない。

【００１７】

【考案の構成】

以下、本考案の貯血槽を、添付図面に示す好適実施例に基いて詳細に説明する 。

【００１８】 図１は、本考案の貯血槽の構成例を示す斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ線で の断面図、図３は、図２中のＢ−Ｂ線での断面図である。これらの図に示すよう に、本考案の貯血槽１は、ハウジング本体３と蓋体４とで構成されるハウジング ２を有する。このハウジング２の内部には、血液を貯留する貯血空間５が形成さ れている。

【００１９】 ハウジング本体３は、図３中上部右側に突出部３１を有する箱形をなしている 。

【００２０】 蓋体４は、ハウジング本体３の上部開口を覆うように載置されており、貯血空 間５を密封するのではなく、例えば、ハウジング本体３と蓋体４との隙間を介し て貯血空間５と外部とが通気可能なようになっている。これにより、貯血空間５ 内の貯血量が増減可能となる。 なお、ハウジング２に、貯血空間５と外部とを連通する通気口（図示せず）を 設置してもよい。

【００２１】 蓋体４には、貯血空間５に連通する管状の血液流入口６が固着されている。こ の血液流入口６は、例えば、体外血液循環回路における脱血ラインのチューブに 接続される。

【００２２】 また、ハウジング本体３の下部には、貯血空間５に連通する管状の血液流出口 ７が形成されている。この血液流出口７は、例えば、体外血液循環回路における 人工肺等へのチューブに接続される。

【００２３】 貯血空間５の容積は特に限定されないが、成人用では３０００〜５０００ml程 度、小児用では１０００〜２０００ml程度とするのが好ましい。

【００２４】 また、後述する管体１０が配設されている部分の空間（管体１０同士の間隙お よび管体１０とハウジング内壁との間隙）およびそれより下方の空間５１を合計 した貯血空間の実質容積が約３００ml以下、特に、１００〜２００ml程度（成人 用）であるのが好ましい。このような小さい容積とすることができるのは、後述 するように、熱交換器９が小型で高性能であるからであり、よって、貯血槽の最 低限界貯血量を従来より少なくすることができ、回路のプライミング量の減少に 寄与する。

【００２５】 ハウジング本体３および蓋体４の構成材料としては、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、アクリル−スチレン共重合体、アクリル−ブタジエ ン−スチレン共重合体等を挙げることができ、このなかでも特に、ポリカーボネ ート、ポリ塩化ビニルが好ましい。

【００２６】 また、ハウジング本体３および蓋体４は、貯血量を目視で確認することができ るように、透明であるのが好ましい。

【００２７】 なお、ハウジング本体３の側面には、貯血量を示す目盛り（図示せず）を設け ることもできる。

【００２８】 ハウジング本体３の突出部３１の図中下方には、水平面に対し例えば１〜４５ °程度傾斜した傾斜面３２が形成されている。

【００２９】 また、突出部３１における貯血空間５には、血液流入口６から流入した血液中 に含まれる気泡を除去する消泡部材８が設置されている。この消泡部材８は、そ の両側端部を、ハウジング本体３の対向する内壁にそれぞれ一対づつ形成された リブ３３間に挿入することにより固定されている。また、消泡部材８の下端は、 傾斜面３２に接触している。

【００３０】 この消泡部材８としては、例えば、発泡ポリウレタン、発泡ポリエチレン、発 泡シリコーン、発泡ポリプロピレン、発泡ポリスチレン等の発泡体、織布、不織 布、メッシュ、または、多孔質セラミックスのような多孔質材等を挙げることが でき、そのなかでも特に、発泡ポリウレタン、発泡ポリエチレンが好ましい。

【００３１】 消泡部材８として、発泡体や多孔質材を用いる場合、その孔径は２０μm 〜５ mm程度、特に、３０μm 〜２mm程度とするのが好ましい。

【００３２】 このような貯血槽１は、貯血空間５に貯留された血液を必要に応じ加温または 冷却する熱交換器９を有する。熱交換器９は、貯血空間内に架設された複数の熱 交換用の管体１０と、これらの管体１０を支持する一対の隔壁１１と、各管体１ ０内に熱媒体を供給する熱媒体供給部１２と、各管体１０内を通過した熱媒体を 排出する熱媒体排出部１３とを備えている。以下、熱交換器９の各構成要素につ いて説明する。

【００３３】 管体１０は、主に直管部で構成されるものであり、図示の構成例では、直管で ある。なお、本考案における管体は、直管に限らず、例えば、直管の途中を折り 返すように屈曲させたＵ字管や、直管の途中を例えば開き角度が１６０〜１７５ °程度の山型に屈曲させたＶ字管のように、直管部が大半を占めるものであれば いかなるものでもよい。

【００３４】 各管体１０は、それぞれ、平行に設置されている。そして、このような管体１ ０は、熱伝導率の高い材料、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン 等の金属で構成されている。

【００３５】 管体１０の寸法は、外径が０．５〜１０mm程度、特に２〜５mm程度であるのが 好ましく、有効長（貯血空間内の長さ）が５０〜３００mm程度、特に、７０〜１ ５０mm程度であるのが好ましい。

【００３６】 管体１０の配設本数は、１０〜２０００本程度、特に、５０〜１０００本程度 とするのが好ましい。

【００３７】 管体１０の配設密度は全体にわたり均一であるのが好ましく、隣接する管体１ ０同士の最小間隙距離が０．３〜３．０mm程度、特に、０．６〜２．０mm程度で あるのが好ましい。

【００３８】 管体１０の条件を以上のようにすることにより、小型で熱交換効率の高い熱交 換器９となる。

【００３９】 一方、ハウジング内壁３４と管体１０との間隙距離は、熱交換効率を高める為 に、前記管体１０間の間隙距離よりも狭く設定され、具体的には０．２〜２．８ mm程度、より好ましくは０．３〜１．０mm程度であるとよい。

【００４０】 さらに、内壁３４には、管体１０に対向する面に、溝状の通路３５が複数形成 されている。図４は前記通路３５の横断面形状を示す内壁３４の平面断面図であ り、図５は同じくその正面図である。図５に示されるように、通路３５は、上下 方向にむけて形成され、さらに等間隔で配置されている。通路３５の横断面形状 は矩形状であって、溝底面３５１から管体１０までの距離は０．３〜２．０程度 、より好ましくは０．５〜１．５mm程度であるとよい。さらに、通路３５の総横 断面積は、４〜１００mm² 程度、より好ましくは５〜４０mm² 程度であるとよい 。このような値より小さくなると、気泡の抜けが悪くなり、大きくなると、内壁 ３４と管体１０との間で、血液が優先的に流れる、いわゆるチャネリングが生じ て、熱交換率が悪くなるからである。通路３５の横断面形状は、図示されている ような矩形の他、三角形、円弧状など他の形状であってよい。通路３５の本数も 特に制限されないが、１〜２０本、より好ましくは３〜８本である。

【００４１】 また、通路３５の下部は、上方へ向けて内壁３４の両端部から溝幅が漸減する ガイド溝３６が形成されている。管体１０より下方の空間５１内の滞留している 気泡などは、このガイド溝３６から前記通路３５へ達し、容易に液面へ排出され る。

【００４２】 さらに、通路３５の底面３５１は後述する空間５１の内壁面、および熱交換器 ９の上方に位置する貯血空間５の内壁面と連続しており、該溝３５を通過して気 泡が容易に浮上できるように構成されている。

【００４３】 このように通路３５を設けることによって、内壁３４と管体１０との間を流れ る血液の流量は少なく、チャネリングは生じにくく熱交換効率の低下も殆どない 。

【００４４】 管体１０は、横断面が円形のものに限らず、例えば、楕円形や、三角形、四角 形、六角形、八角形等の多角形であってもよい。

【００４５】 このような管体１０は、両端の開口を閉塞することなく、その両端部を一対の 隔壁１１に埋設し、液密に固着することにより支持されている。この隔壁１１は 、例えば、ポリウレタン、シリコーンゴム、エポキシ樹脂等の高分子材料よりな るポッティング材で構成されているのが好ましい。これにより、各管体１０の固 定が確実になされ、隔壁１１の液密性も保持される。また、隔壁１１の厚さは１ ５〜５０mm程度とするのが好ましく、より好ましくは１０〜３０mm程度とするの が望ましい。

【００４６】 管体１０の一端側には熱媒体供給部１２が設けられ、他端側には熱媒体排出部 １３が設けられている。

【００４７】 熱媒体供給部１２は、ハウジング本体３の側面に液密に固着された筺体１４を 有し、この筺体１４と前記隔壁１１とで熱媒体室１６が規制される。また、筺体 １４には、熱媒体室１６に連通する管状の熱媒体流入口１８が設置されている。

【００４８】 熱媒体排出部１３は、ハウジング本体３の側面に液密に固着された筺体１５を 有し、この筺体１５と前記隔壁１１とで熱媒体室１７が規制される。また、筺体 １５には、熱媒体室１７に連通する管状の熱媒体流出口１９が設置されている。

【００４９】 筺体１４および１５の構成材料としては、前記ハウジング本体３と同様のもの が挙げられる。

【００５０】 また、熱媒体室１６および１７の容積は特に限定されないが、それぞれ、１０ 〜２００ml程度、特に、３０〜１５０ml程度とするのが好ましい。

【００５１】 熱媒体としは、所定の温度に調整された水やアルコール等の液体が好適に使用 されるが、空気等の気体であってもよい。

【００５２】 各管体１０内を流れる熱媒体の合計量（熱媒体供給量）は、熱交換器９の熱媒 体流路の圧力損失、熱媒体ポンプの能力等により適宜決定されるが、通常、５〜 ３０リットル／分程度、特に、８〜２０リットル／分程度程度とするのが好まし い。

【００５３】 次に、貯血槽１の作用について説明する。

【００５４】 例えば、脱血ラインを経て血液流入口６よりハウジング２内に流入した血液は 、まず消泡部材８を通過して消泡され、次いで傾斜面３２に沿って流下し、貯血 空間５に貯留される。また、血液流出口７に接続されるラインに設置されたポン プ（図示せず）の吸引等により、貯血空間５の上部にある血液は、管体１０同士 の間隙や管体１０とハウジング本体２の内壁３４との間隙等を通って、ハウジン グ２の下方へ徐々に流れ、空間５１に到達した後、血液流出口７よりハウジング ２外へ流出する。

【００５５】 一方、熱媒体流入口１８より熱媒体を熱媒体室１６に供給すると、この熱媒体 は、各管体１０内、熱媒体室１７を順次経て、熱媒体流出口１９より排出される 。熱媒体が各管体１０内を通過する際に、管体１０の管壁を介して熱媒体と血液 との間で熱交換がなされ、貯血空間５内の血液が加温または冷却される。

【００５６】 例えば、体外血液循環回路に設置された貯血槽１の場合、手術中には、熱媒体 として冷水を用い、血液の温度を２０℃程度に冷却し、手術終了時には、熱媒体 として温水を用い、前記２０℃程度の血液を加温して体温程度に戻すという操作 を行なう。

【００５７】 このような血液循環を開始するのに先立って、血液循環回路内を生理食塩水の ようなプライミング液にてプライミングする。プライミング液の貯血空間５への 注入は、血液流出口７より行なう。

【００５８】 このプライミング液中には微小な気泡が混入しているので、貯血空間５をプラ イミングした際、空間５１、管体１０同士の間隙および管体１０と内壁３４との 間隙に気泡が入るが、特に内壁３４と管体１０との間に入った気泡は、内壁３４ に形成されている通路３５を通って浮上し、容易に排出される。また、空間５１ 内の気泡は、前記通路下部のガイド溝３６に案内されて、通路３５より液面へ浮 上し排出される。また、残留気泡があったとしても、貯血槽に振動または揺動を 与えることにより、その気泡は前記と同様にして容易に排出される。

【００５９】 以上、本発明の熱交換器およびこれを備える貯血槽を図示の構成例について説 明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００６０】 なお、本発明の熱交換器は、貯血槽に組み込む場合に限らず、熱交換器単独で 用いるものにも適用することができる。このような熱交換器としては、例えば、 人工肺体外血液循環回路において、貯血槽（熱交換器なし）と人工肺との間に設 置される熱交換器が挙げられる。

【００６１】

【実施例】

以下、本考案の具体的実施例について説明する。

【００６２】 （実施例１） 図１、２および３に示す構成の貯血槽を作製した。貯血槽各部の条件は、下記 の通りである。

【００６３】 ハウジング容積：４０００ml 管体設置部およびその下方の空間の容積：計２００ml ハウジング材質：ポリカーボネイト（透明） 隔壁材質：ポリウレタン（２液混合型） 消泡部材：発泡ポリウレタン（孔径 １０００μm ） 管体形状：断面が円形の直管 管体材質：ステンレス鋼 管体内径：２．００mm 管体外径：２．３８mm 管体長さ：１１６mm（有効長７５mm） 管体配設本数：４０５本 隣接する管体の最小間隙距離：平均 ０．９mm ハウジング内壁と隣接する管体との間隙距離：０．５mm 通路本数：６本 通路長：１００mm 通路幅：５mm 通路横断面の面積：１０mm² 筺体材質：ポリカーボネイト（透明） 熱媒体室容積（熱媒体供給側）：１００ml 熱媒体室容積（熱媒体排出側）：１００ml

【００６４】 （比較例１） ハウジング内壁とこれに隣接する管体との間隙距離を ０．１mmとした以外は 上記実施例１と同様の貯血槽を作製した。

【００６５】 （比較例２） ハウジング内壁とこれに隣接する管体との間隙距離を ３mmとした以外は上記 実施例１と同様の貯血槽を作製した。

【００６６】実験１ 上記実施例１、比較例１、２の各貯血槽について、その血液流出口から貯血空 間内にプライミング液（生理食塩水）を注入した。このプライミング液中には、 直径 １〜３mm程度の微小な気泡が混入していた。

【００６７】 この気泡の状態を目視により観察したところ、実施例１の貯血槽では、内壁と 管体の間に入った気泡は、通路を伝って ９０％程度が浮上して排出された。ま た、比較例１の貯血槽では、ほとんどの気泡が、内壁と管体の間に入り込んで残 存していた。さらに、比較例２の貯血槽では、内壁と管体との間には実験例１と 同様に気泡は残らなかった。

【００６８】 次に、各貯血槽に振動を与え、気泡の抜け具合を目視により観察し、気泡抜け 性を評価した。その結果を下記表１に示す。

【００６９】 なお、表１中における気泡抜け性の評価は次の通りである。 ○：気泡の残存なし △：気泡の残存ややあり ×：気泡の残存かなりあり

【００７０】実験２ 上記各貯血槽について、貯血量約 １０００mlを保つ状態で、血液流入口から 貯血空間内に２０℃の牛血（Ht＝１２g/dl）を流量４０００ml/minで供給し、ま た、血液流出口側にはチューブおよびローラーポンプを接続し、供給量と同量の 血液を血液流出口から排出した。

【００７１】 一方、このような血液の流入、流出と同時に、熱媒体流入口から、熱媒体とし て３７℃の水を流量１５０００ml/minで供給し、各管体を介して貯血空間内の血 液を加温した。

【００７２】 上記操作の開始から １５分経過後、血液流出口から流出する血液の温度を測 定し、熱交換器の熱交換性能を調べた。その結果を下記表１に示す。なお、表１ において、血液流出口から流出する血液の温度（熱交換性能）が、熱媒体の温度 （３７℃）に近いほど、熱交換器の熱交換効率が高い。

【００７３】

【表１】

【００７４】 上記表１に示すように、本考案の実施例１の貯血槽では、気泡抜け性に優れ、 かつ熱交換器の熱交換効率が高い。

【００７５】 これに対し、比較例１の貯血槽では、熱交換器の熱交換効率は高いが、気泡抜 け性が劣り、逆に、比較例２の貯血槽では、気泡抜け性はほぼ良好であるが、チ ャネリングが生じて熱交換器の熱交換効率が低くなった。

【００７６】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案の熱交換器およびおよびこれを備える貯血槽によれ ば、気泡、特に、プライミングの際に混入する微小な気泡の除去性能が優れ、か つ熱交換率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の貯血槽の構成例を示す斜視図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ線での断面図である。

【図３】図２中のＢ−Ｂ線での断面図である。

【図４】通路である溝の形状を示す内壁の平面断面図で
ある。

【図５】同じく溝の形状を示す内壁の正面図である。

【符号の説明】

１ 貯血槽 ２ ハウジング ３ ハウジング本体 ３１ 突出部 ３２ 傾斜面 ３３ リブ ３４ 内壁 ３５ 通路 ３５１ 底面 ４ 蓋体 ５ 貯血空間 ５１ 空間 ６ 血液流入口 ７ 血液出入口 ８ 消泡部材 ９ 熱交換器 ９０ 傾斜部 １０ 管体 １１ 隔壁 １２ 熱媒体供給部 １３ 熱媒体排出部 １４、１５ 筺体 １６、１７ 熱媒体室 １８ 熱媒体流入口 １９ 熱媒体流出口 Ｌ 液面

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に貯血空間が形成されたハウジング
   と、前記貯血空間に連通する血液流入口および血液流出
   口と、前記貯血空間内に架設された複数の管体と、該管
   体内に熱媒体を供給する熱媒体供給部と、前記管体内を
   通過した熱媒体を排出する熱媒体排出部とを備える熱交
   換器であって、前記各管体に対向する前記ハウジングの
   内壁には、気泡が浮上しうる通路が複数形成されている
   ことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記各管体は平行に配置された直管であ
   り、各直管の両端の開口を閉塞することなく各直管の両
   端部を隔壁により支持してなる請求項１に記載の熱交換
   器。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の熱交換器を備
   えることを特徴とする貯血槽。