JPH0553148B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、たとえば人工心肺装置に備えられて
血液を加熱あるいは冷却するために使用される医
療用の熱交換器に関するものである。

「従来の技術」 心臓等の手術をする際、心臓に出入する血液を
一時的に遮断してその間、血液ポンプおよび人工
肺等により全身の血液循環を保つようにする人工
心肺装置を使用して血液の体外循環を行わせる方
法が用いられているが、開心術を行うに際し、体
温を下げて行う低体温法が多く行われ、体外循環
回路中に熱交換器が必要となる。人工肺はそのた
めの熱交換器を内蔵したものが一般的である。

この種の熱交換器としては、第３図に示すよう
に、円筒状のハウジング１内に伝熱管としての多
数のチユーブ２…を束ねた状態で配した多管式の
構造のものが広く用いられている。上記のチユー
ブ２としては一般に外径寸法が2.0mm程度、肉厚
が0.2mm程度のステンレス管が用いられ、通常、
そのようなチユーブ２が100本以上も束ねられて
使用される。

上記構造の熱交換器は、ハウジング１内にその
一端側から他端側に向けて温水や冷水等の熱交換
水が通されるとともに、チユーブ２…内にハウジ
ング１の他端側から一端側に向けて被熱交換水と
しての血液が通されることで、チユーブ２…の管
壁を通して熱交換がなされ、血液が加熱あるいは
冷却されるようになつている。

なお、第３図において符号３，４はハウジング
の両端部に装着固定される蓋体、５，６は熱交換
水の入口および出口、７，８は血液の入口および
出口である。また、符号９，１０は、各チユーブ
２…の両端部を支持するとともに、ハウジング１
の両端部を仕切つて熱交換水の流通路と血液の流
通路とを分離するための隔壁であり、これらの隔
壁９，１０は、一般にポリウレタン等の樹脂を硬
化させることで形成されるようになつている。

ところで、上記のような構造の熱交換器では、
全てのチユーブ２…の外側を熱交換水が均一に流
れるように各チユーブ２…の相互間に隙間を比較
的均一に確保する必要があり、このため、第４
図、第５図に示すように、各チユーブ２…の両端
部にスペーサとしてのスリーブ１１…をそれぞれ
装着し、それらスリーブ１１…同士が互いに接す
るようにしてチユーブ２…を束ねることで、各チ
ユーブ２…間にスリーブ１１の肉厚寸法の２倍の
隙間を確保するようにしている。

また、前記のような熱交換器を組み立てる際に
は、次のような作業手順が採用されている。

まず、各チユーブ２…の端部に所定長さのスリ
ーブ１１…を装着し、それらチユーブ２…を束ね
てハウジング１内に配置する。そして、第６図に
示すようにポリウレタン等の樹脂の注入によつて
各スリーブ１１…の先端部を樹脂１２により塞
ぎ、そして、隔壁９，１０を形成し、その樹脂中
にスリーブ１１…を埋没させ、その樹脂が十分に
硬化して隔壁９，１０が形成された後に、図に示
す一点鎖線に沿つてスリーブ１１…の不要部分を
切断する。このようにすることで、隔壁９，１０
の形成と各チユーブ２…のハウジング１に対する
取り付けとを同時に行なうことができる。

なお、スリーブ１１は、組み立て時の切断作業
の際に容易に切断できることが必要であるので、
その材料として塩化ビニール樹脂あるいはウレタ
ン樹脂等が用いられる。

ところで、熱交換器の熱交換効率は、多数のチ
ユーブ２の外側の液の流れが均一である程高くな
る。そこで、これらチユーブ２の外側を液がチヤ
ンネリングなく均一に流れるようにするため、前
記ステンレスチユーブを用いた熱交換器において
は、チユーブ２…を規則正しく平行に並べて組み
立てている。

ところが、この熱交換器においては、チユーブ
２として外径寸法が2.0mm程度、肉厚が0.2mm程度
のステンレス管が100本以上も束ねられて使用さ
れているため、高価となり、かつ重くなる上に、
塩化ビニール等の樹脂製のスリーブ１１の肉厚を
十分に小さくすることが困難であり、肉厚をあま
り小さくするとチユーブ２に装着する際につぶれ
てしまう恐れがあるので、そのようなことのない
程度の強度を確保するためには肉厚をある程度大
きくせざるを得ず、また熱交換効率を良くするた
めにチユーブ２…の本数を増やすと、各チユーブ
２…の相互間隔が大きいことと相まつてハウジン
グ１の外径寸法が大きくなつてしまうと共に血液
充填量も大きくなつてしまうという好ましくない
問題があつた。

そこで、軽くて価格が安く小型化でき、熱交換
効率がよい熱交換器を得るために、前記ステンレ
スチユーブ２…の代わりに合成樹脂製の多数のチ
ユーブを用い、これらのチユーブの径を細くし、
かつこれらのチユーブの本数を増やしたものが作
られている。

「発明が解決しようとする課題」 ところが、前記従来の合成樹脂製チユーブを用
いた熱交換器においては、チユーブを整然と並べ
ることが困難で、チユーブ内の血液の流通状態は
よいが、チユーブの外側を流れる熱交換水の流れ
が均一でないという欠点を有している。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、合
成樹脂製チユーブを用いた熱交換器において、チ
ユーブの外側の液の流れが流れ易くなり、優れた
熱交換効率を得ることができる熱交換器を提供す
ることを目的とする。

「課題を解決するための手段」 本発明は、前記目的を達成させるために次のよ
うな構成としている。即ち、血液流入口及び血液
流出口と熱交換水流入口及び熱交換水流出口を有
する円筒状のハウジング内に、その長手方向に沿
つて多数のチユーブを束ねた状態で配設してな
り、前記ハウジング内およびチユーブ内のいずれ
か一方に温水もしくは冷水等の熱交換水を流通さ
せるとともに、いずれか他方に血液等の被熱交換
液を流通させることによつて、前記チユーブの管
壁を通して熱交換を行うように構成された熱交換
器であつて、前記ハウジング内に、３本の合成樹
脂からなるチユーブをそれぞれ互い違いに組んで
なる三つ編みチユーブ組みの多数を束ねた状態
で、前記ハウジングの長手方向に沿つて配設して
いる。

「作用」 前記構成によれば、各チユーブの外側に隙間が
確保され、これらの隙間を経由してこれらの隙間
に流した熱交換水あるいは血液の流通抵抗が減少
して各チユーブの外側液の流れが流れ易くなると
ともに流れが均一になり、ひいては熱交換率が向
上する。また前記チユーブが合成樹脂からなるた
めチユーブ径を細くしかつチユーブ本数を増やす
ことができ、小型で軽く廉価となり、かつ取り扱
い易くなる。

「実施例」 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に
基づいて説明する。なお、本実施例において上述
した従来の熱交換器と同一の構成要素について
は、同一符号を付してその詳細な説明を省略す
る。

本実施例の熱交換器が従来の熱交換器と異なる
点は、３本の合成樹脂からなるチユーブ２０をそ
れぞれ互い違いに組んでなる三つ編みチユーブ組
みの多数を、束ねた状態で前記ハウジングの長手
方向に沿つて配設した点にある。

すなわち、本実施例の熱交換器においては、外
径φ1mm、肉厚0.15mmのポリカーボネイトからなる
３本のチユーブ２０がそれぞれ互い違いに組まれ
てなる三つ編みチユーブ組み２１の200組が、束
ねられた状態で前記ハウジング１の長手方向に沿
つて配設されている。

上述のように３本のチユーブ２０が三つ編みさ
れると、各チユーブ２０の外側つまり各チユーブ
２０間に各チユーブ２０が交差するので必ず空間
が形成される。また、このように三つ編みされた
チユーブ組み２１は、その三つ編みされた形状状
態を保つて外力を加えない限り変形しない。従つ
て、当然のことながら束ねられた状態の200組の
三つ編みチユーブ組み２１の各チユーブ２０間に
も空間が形成される。

ところで、チユーブの外側に空間ができるよう
にチユーブを編む編み方には四つ編み、六つ編み
等、三つ編み以外にもあるが、仮に４本のチユー
ブ２０により四つ編みを行い四つ編みチユーブ組
みを形成すると、この四つ編みチユーブ組みは放
置されるとほぐれて網目がくずれてしまうので、
この四つ編み組みのほぐれを防止するために四つ
網みを行つた後これら各チユーブ２０を撚らねば
ならない。このことは五つ編み、六つ編みでも同
様で、三つ編みのみが撚りをかけなくても編み上
がり後変形しない。チユーブ編み上げ後に撚りを
かけることは手数がかかるばかりか高度な技術を
要するため、生産性を考慮すると、この発明の主
旨を満足させることができるのは三つ編み以外に
ないこととなる。

上述の多数の三つ編みチユーブ組み２１は所定
の長さに切断され、200組み束ねられて前述のよ
うにハウジング１内に配設され、その両端をハウ
ジング１内にポリウレタンからなるポツテイング
材２２により固められて固定されている。ポツテ
イング材２２の外端面には、このポツテイング材
２２部が切断されることによりチユーブ２０が開
口している。

なお、ポリカーボネイトからなるチユーブ２０
とポリウレタンからなるポツテイング材２２との
接着性はステンレス製チユーブとポリウレタンか
らなるポツテイング材との接着性よりも強いの
で、本実施例の熱交換器の熱交換器としての安全
性は向上する。

また、ハウジング１の両端には、蓋体３，４が
これら蓋体３，４と隔壁９（ポツテイング材２
２）、隔壁１０（ポツテイング材２２）との間に
空間２３，２４が形成されるように気密的に取り
付けられている。

そして、入口５より熱交換水（冷却水あるいは
湯）を流入させて出口６より流出させ、一方、血
液の入口７より血液を流入させて出口８より流出
させると、各チユーブ２０の管壁を通して熱交換
がなされ、血液が冷却あるいは加熱される。

この場合、上述のように各チユーブ２０が互い
に交差した状態になつていて各チユーブ２０間に
空間が形成され、これらの空間に熱交換水が入り
込むことができるため、各チユーブ２０の外側を
流れる液の流通抵抗が下がり、各チユーブ２０の
外側を液が非常に流れ易くかつ均一になる。この
ため、チユーブ２０の外周面と熱交換水との接触
状態が向上され、この実施例の熱交換器の熱交換
効率は、従来の直管状チユーブを用いた熱交換器
のチユーブに血液を流入させたときの熱交換効率
よりもはるかに熱交換効率が高められる。

第２図中、点線により示された曲線は直管状チ
ユーブが用いられた従来の熱交換器の熱交換率特
性を示し、実線により示された曲線は本実施例の
三つ編みチユーブ組み２１が用いられた熱交換器
の熱交換率特性を示している。また、同図中、○
印付き曲線は、熱交換水流量（冷温水側流量）が
7.5／分であつたことを示し、△印付き曲線は、
熱交換水流量が12／分であつたことを示してい
る。この第２図の熱交換率特性図は、直管状チユ
ーブを用いた熱交換器の熱交換率より三つ編みチ
ユーブを用いた熱交換器の熱交換率がはるかに高
いことを示している。

なお、第２図の熱交換率特性を得るために用い
た熱交換器の熱交換チユーブは直管状チユーブ、
三つ編みチユーブいずれも下記の通りである。

材 質；ポリカーボネイト サイズ；外径φ1.0、内径φ0.7 本 数；600本 有効長；235mm ハウジングにおいては、 材 質；ポリカーボネイト 内 径；φ34 熱交換率Ｅは、 Tbi−Tbo／Tbi−Twi 但し、 Tbi；血液入口温度 Tbo；血液出口温度 Twi；熱交換水（冷、温水）入口温度 なお、前記構成の熱交換器を使用する場合、従
来と同様にハウジング１内に温水や冷水等の熱交
換水を通し、チユーブ２０…内に血液を通すよう
にしても良いが、逆に、ハウジング１内に血液を
通し、チユーブ２０…内に熱交換水を通すように
してもよい。これは、三つ編みチユーブ２０では
上述のようにチユーブ２０の外側を液が著しく流
れ易くなつたためである。

また、前記実施例においては、チユーブ２０を
ポリカーボネイトからなるものとしたが、これに
限られることなくチユーブ２０を他の合成樹脂に
より形成してもよい。

「発明の効果」 本発明によれば、血液流入口及び血液流出口と
熱交換水流入口及び熱交換水流出口を有する円筒
状のハウジング内に、その長手方向に沿つて多数
のチユーブを束ねた状態で配設してなり、前記ハ
ウジング内およびチユーブ内のいずれか一方に温
水もしくは冷水等の熱交換水を流通させるととも
に、いずれか他方に血液等の被熱交換液を流通さ
せることによつて、前記チユーブの管壁を通して
熱交換を行うように構成された熱交換器であつ
て、前記ハウジング内に、３本の合成樹脂からな
るチユーブをそれぞれ互い違いに組んでなる三つ
編みチユーブ組みの多数を束ねた状態で、前記ハ
ウジングの長手方向に沿つて配設したので、 三つ編みされた各チユーブの外側に隙間を確
保することができ、 これらの隙間を経由してこれらの隙間に流し
た熱交換水あるいは血液の流通抵抗を著しく減
少させることができ、 三つ編みされた各チユーブの外側を液が非常
に流れ易くかつ均一になるようにすることがで
き、 従来の熱交換器より大幅に熱交換率が向上す
る。

ハウジング内に熱交換水を通しチユーブ内に
被熱交換液を通しても、またこれとは逆にハウ
ジング内に被熱交換液を通しチユーブ内に熱交
換水を通しても同様な熱交換効率を得ることが
できる。

また、各チユーブが三つ編みされているので
これらチユーブの強度が増し、 また、前記チユーブが合成樹脂からなるため
チユーブ径を細くしかつチユーブ本数を増やす
ことができ、小型で軽く廉価となり、かつ取り
扱い易くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すも
ので、第１図は縦断面図、第２図は血液側流量−
熱交換率特性図、第３図ないし第６図は従来の熱
交換器を示すもので、第３図は概略縦断面図、第
４図は第３図の部の拡大図、第５図は第４図の
−線矢視図、第６図は組み立て作業手順を説
明するための図である。 １……ハウジング、５，７……入口、６，８…
…出口、２０……チユーブ、２１……三つ編みチ
ユーブ組み。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 血液流入口及び血液流出口と熱交換水流入口
   及び熱交換水流出口を有する円筒状のハウジング
   内に、その長手方向に沿つて多数のチユーブを束
   ねた状態で配設してなり、前記ハウジング内およ
   びチユーブ内のいずれか一方に温水もしくは冷水
   等の熱交換水を流通させるとともに、いずれか他
   方に血液等の被熱交換液を流通させることによつ
   て、前記チユーブの管壁を通して熱交換を行うよ
   うに構成された熱交換器であつて、前記ハウジン
   グ内に、３本の合成樹脂からなるチユーブをそれ
   ぞれ互い違いに組んでなる三つ編みチユーブ組み
   の多数を束ねた状態で、前記ハウジングの長手方
   向に沿つて配設したことを特徴とする熱交換器。