JPH0686811A - 医療用熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換率が高く、しかも低コストで容易に製
造することができる医療用熱交換器を提供する。 【構成】 筒状のハウジング10を、外筒11およびこの外
筒11の内径内に空隙14を残して配置された内筒15からな
る二重構造となし、内筒15内に第２液体を流通するため
の多数の細管20を配置すると共に、ハウジング10内の長
手方向位置に仕切り板22を設け、ハウジング10の一端側
では、内筒15の端部とシール部21a との間に間隙23a 、
23b を有すると共に、このシール部21a に仕切り板22の
端部が埋設され、ハウジング10の他端側では、内筒15の
端部がシール部21b に埋設されると共に、ハウジング10
内におけるシール部21b と仕切り板22の端部との間に間
隙23c を有するように、シール部21a 、21c を形成する
ことによって、ハウジング10内に第１液体の繰返し往復
流路を形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱交換率が高く、し
かも低コストで容易に製造することができる医療用熱交
換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】医療分野にあっては、患者の血液を一定
温度に保持するか、あるいは冷却または復温するための
熱交換器が、主として手術時や、患者への人工肺接続時
に用いられている。

【０００３】従来、この種の医療用熱交換器としては、
多数の細管およびこの細管とハウジングとの間に、血液
および熱交換用媒体を流通させ、両液体の熱交換を図る
ようにしたものが一般的であり、例えば図３に示した構
造のものが主として用いられていた。

【０００４】すなわち、図３に示した従来の医療用熱交
換器は、第１液体（例えば熱交換用媒体）の流入ポート
２および排出ポート３を有するハウジング１と、このハ
ウジング１の内の軸方向に平行に配置された第２液体
（例えば血液）を流通するための複数の細管４と、前記
ハウジング１内を液密にシールすると共に、前記細管４
を前記ハウジング１の外部へと連通せしめるシール部５
ａ、５ｂとから大略構成されている。

【０００５】なお、図示していないが、ハウジング１両
端のシール部５ａ、５ｂのさらに外側には、第２液体の
流入室および排出室が設けられ、これら各流入室および
排出室に接続された流入口および排出口から第２液体を
流入、排出するようになっている。

【０００６】そして、図３に示した従来の医療用熱交換
器は、流入ポート２から第１液体をハウジング１内に流
入させて排出ポート３から排出すると共に、第２液体を
細管４内に流通させ、これら第１液体と第２液体との熱
交換を図るもので、いわゆる内部潅流型熱交換器として
の機能を奏する。

【０００７】また、図４に示した医療用熱交換器は、上
記図３に示した態様に加えて、ハウジング１内にリブ
６、７および８を設け、ハウジング１内に第１液体の往
復流路を形成した比較対応例を示す。

【０００８】すなわち、図４に示した医療用熱交換器に
おいては、ハウジング１内の流入ポート２および排出ポ
ート３側に、それぞれ上方に向かって直立し、シール部
５ａとの間が離間した管状のリブ６、７を、またハウジ
ング１の軸方向中央部に一端がシール部５ａに接続さ
れ、他端がシール部５ｂと離間したリブ８を設けてあ
る。

【０００９】したがって、流入ポート２からハウジング
１内に流入した第１液体は、矢印方向、すなわちまずリ
ブ６に当たって上方→リブ６の先端とシール部５ａとの
隙間を通って下方→リブ８の先端とシール部５ｂとの隙
間を通って上方→リブ７の先端とシール部５ａとの隙間
を通って下方へと方向転換しつつ流通し、排出ポート３
から排出されることになるので、第１液体がハウジング
１内で繰返し往復して、細管４内を流通する第２液体と
の熱交換を図ることができ、いわゆる内部復循環型熱交
換器としての機能を発揮する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、これら医療
用熱交換器に要求される性能としては、ハウジングと細
管との間を流通する液体の循環性が均一で、流れの不均
一性（チャンネリング）を生じないばかりか、この液体
の流通速度を高めることができ、細管内を流通する液体
との熱交換率が高いこと、およびハウジングと細管とを
液密化するシール部を、ポッティングにより容易に形成
することができ、製造工程が簡便でコストアップを招か
ないことなどが挙げられる。

【００１１】しかるに、上記図３に示した内部潅流型熱
交換器においては、ハウジング１内部を流通する第１液
体の流れが不均一となるばかりか、ハウジング１内の限
られた空間内に、第１液体を高速度で循環することがで
きないため、細管４内を流通する第２液体との熱交換性
能が劣り、高い熱交換率が得られないという問題があっ
た。

【００１２】また、上記図４に示した内部復循環型熱交
換器においては、ハウジング１内に第１液体の繰返し往
復流路が形成されることから、上記図３に示した内部潅
流型熱交換器に比較して、熱交換性能の改良を図ること
ができるものの、シール部５ｂを形成することがきわめ
て困難であるために、コストアップが招かれるという問
題があった。

【００１３】すなわち、シール部５ｂの形成は、ハウジ
ング１内に細管４およびリブ６、７、８を配置し、細管
４の両端にゴムなどの被覆部材を被せた後、流入ポート
２または排出ポート３からハウジング１内へ、ポリウレ
タンやシリコンなどの高分子ポッティング剤を注入し、
遠心分離によってハウジング１の両端に高分子ポッティ
ング剤を移動させ、硬化せしめてから、前記被覆部材を
剥離除去することにより行われるが、図４の態様では、
リブ６および７が流入ポート２および排出ポート３を塞
ぐ形で配置されているため、シール部５ｂ側への高分子
ポッティング剤の注入が不可能であり、例え遠心分離を
行っても、シール部５ｂ側へ高分子ポッティング剤を移
動させることができず、前記流入ポート２および排出ポ
ート３とは別に、高分子ポッティング剤注入用の専用の
ポッティング用ポート９をハウジング１に設ける必要が
ある。

【００１４】したがって、ハウジング１を製造するため
の金型のコストが高くなるばかりか、シール部５ｂの形
成工程が繁雑化し、大幅なコストアップを招くという不
具合を包含していたのである。

【００１５】この発明は、上記図３および図４に示した
医療用熱交換器が有する問題点を解決するために検討し
た結果、達成されたものである。

【００１６】したがって、この発明の目的は、熱交換率
が高く、しかも低コストで容易に製造することができる
医療用熱交換器を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の医療用熱交換器は、第１液体の流入ポ
ートおよび排出ポートを有する筒状のハウジングと、こ
のハウジング内の軸方向に平行に配置された複数の第２
液体流通用細管と、前記ハウジングの両端に設けられた
第２液体の導入室および排出室と、前記ハウジングの両
端にあって、前記第２液体の導入室および排出室と前記
ハウジングの内部とを液密にシールし、かつ前記細管と
前記第２液体の導入室および排出室とを連通せしめるシ
ール部とを備えた熱交換器において、前記ハウジング
を、外筒およびこの外筒の内径内に空隙を残して配置さ
れた内筒からなる二重構造となし、前記内筒内に前記細
管を配置すると共に、前記ハウジング内の前記第１液体
流入ポートおよび排出ポートと直交し、かつ前記外筒と
前記内筒とを連結する長手方向位置に仕切り板を設け、
前記ハウジングの一端側では、前記内筒の端部と前記シ
ール部との間に間隙を有すると共に、このシール部に前
記仕切り板の端部が埋設され、前記ハウジングの他端側
では、前記内筒の端部が前記シール部に埋設されると共
に、前記内筒内における前記シール部と前記仕切り板の
端部との間に間隙を有するように、前記シール部を形成
することによって、前記ハウジング内に前記第１液体の
繰返し往復流路を形成したことを特徴とする。

【００１８】

【作用】この発明の医療用熱交換器は、ハウジング内に
第１液体の繰返し往復流路を形成したため、この第１液
体と、細管内を流通する第２液体との熱交換性能がきわ
めてすぐれている。

【００１９】また、上述した比較対応例におけるリブを
用いる代わりに、ハウジングを外筒と内筒の二重構造に
すると共に、このハウジング内に仕切り壁を設けて、前
記外筒、内筒および仕切り板との間で、上記のように第
１液体の繰返し往復流路を形成したため、ハウジングの
両端にシール部を形成するに際しては、ハウジングに高
分子ポッティング剤を注入するためのポッティング用ポ
ートを設ける必要がなく、流入ポートまたは排出ポート
からハウジング内へ直接高分子ポッティング剤を注入す
ることが可能であることから、繰返し往復流路を形成す
るための製造工程の簡便化およびコストダウンを図るこ
とができる。

【００２０】したがって、この発明の医療用熱交換器
は、熱交換率が高く、しかも低コストで容易に製造する
ことができ、各種手術用や人工肺との接続用などの医療
用途に好ましく適用することができる。

【００２１】

【実施例】以下、図面を参照しつつ、この発明の医療用
熱交換器の一実施例について詳細に説明する。

【００２２】図１はこの発明の医療用熱交換器の一実施
例を示す縦断断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視
断面図である。

【００２３】図１に示したように、この発明の医療用熱
交換器は、第１液体の流入ポート１２および排出ポート
１３を有する筒状のハウジング１０と、このハウジング
１０内の軸方向に平行に配置された複数の第２液体流通
用細管２０と、前記ハウジング１０の両端に設けられた
第２液体の導入室１６および排出室１７と、前記ハウジ
ング１０の両端に設けられて、前記第２液体の導入室１
６および排出室１７と前記ハウジング１０の内部とを液
密にシールし、かつ前記細管２０と前記第２液体の導入
室１６および排出室１７とを連通せしめるシール部２１
ａ、２１ｂとから大略構成されている。

【００２４】ハウジング１０は、外筒１１およびこの外
筒１１の内径内に空隙１４を残して配置された内筒１５
からなる二重構造となっており、前記外筒１１の好まし
くは径方向に対向する位置に、第１液体の流入ポート１
２および排出ポート１３が設けられている。

【００２５】これら外筒１１および内筒１５の形状とし
ては、円筒状および多角筒状などの種々の形状が考えら
れるが、第１液体をその周上から広く分布させつつ流入
することができることから、円筒状に形成することが最
も好ましい。

【００２６】この外筒１１および内筒１５からなるハウ
ジング１０を形成するために用いる材料としては、一般
的に合成樹脂が用いられ、具体的にはポリカーボネー
ト、アクリロニトリル−スチレン共重合体およびアクリ
ロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体などが挙げ
られる。

【００２７】また、ハウジング１０内の第１液体流入ポ
ート１２および排出ポート１３と直交し、かつ外筒１１
と前記内筒１５とを連結する長手方向位置には、仕切り
板２２が設けられており、この仕切り板２２によって、
ハウジング１０内は長手方向に二分されている。

【００２８】この仕切り板２２は、外筒１１または内筒
１５の成形時に同時に成形し、その内筒１５から突出し
た長手方向の端部を、外筒１１の内壁に接合することに
より形成することができるが、外筒１１または内筒１５
とは別体として得たものをハウジング１０内に組込み、
接合して形成することもできる。

【００２９】細管２０は、熱伝導率の高い金属管、例え
ばステンレス管およびアルミニウム管などからなり、熱
交換効率を向上させ、圧力損失をおさえるために、内径
０．５〜１０mm、好ましくは０．５〜５mm程度のもの
が、約１０〜２０００本、好ましくは約５０〜１０００
本、ハウジング１０の内筒１５内軸方向に平行に配置さ
れている。

【００３０】ハウジング１０の両端に設けられた第２液
体の導入室１６および排出室１７は、ハウジング１０の
両端に、Ｏリング１９ａおよび１９ｂを介して、隔壁１
８ａおよび１８ｂを嵌合することにより形成されてお
り、これら隔壁１８ａおよび１８ｂには、それぞれ第２
液体の導入口１６ａおよび同じく排出口１７ａが設けら
れている。

【００３１】シール部２１ａ、２１ｂは、例えば、ポリ
ウレタンやシリコンゴムなどの高分子ポッティング剤が
硬化したものである。

【００３２】なお、ハウジング１０の一端側のシール部
２１ａでは、内筒１５の端部とこのシール部２１ａとの
間に、間隙２３ａ、２３ｂを有すると共に、このシール
部２１ａに仕切り板２２の端部が埋設されている。

【００３３】また、ハウジング１０の他端側のシール部
２１ｂでは、内筒１５の端部がこのシール部２１ｂに埋
設されると共に、このシール部２１ｂと仕切り板２２の
端部との間に間隙２３ｃが形成されている。

【００３４】すなわち、シール部２１ａ側では、内筒１
５の一端側が、このシール部２１ａとの間に間隙２３
ａ、２３ｂを残しているため、ハウジング１０内で外筒
１１と内筒１５が連通しており、シール部２１ｂ側で
は、内筒１５の他端側がこのシール部２１ｂに埋設され
ているため、ハウジング１０内で外筒１１と内筒１５が
閉鎖している。

【００３５】したがって、ハウジング１０内は、上記外
筒１１、内筒１５、シール部２１ａ、２１ｂおよび仕切
り板２２によって、第１液体の繰返し往復流路が形成さ
れており、流入ポート１２からハウジング１０内に流入
した第１液体、例えば熱交換用媒体は、矢印方向、すな
わちまず内筒１５に当たって空隙１４内を上方→内筒１
５の先端とシール部２１ａとの間隙２３ａを通って内筒
１５内を下方→仕切り板２２の先端とシール部２１ｂと
の間隙２３ｃを通って内筒１５内を上方→内筒１５の先
端とシール部２１ａとの間隙２３ｂを通って空隙１４内
を下方へと、２回の方向転換をしつつ流通し、排出ポー
ト１３から排出されることになるので、第１液体がハウ
ジング１０内で繰返し往復し、チャンネリングを生じな
いばかりか、限られたハウジング１０の空間内を高い速
度で流通可能であるため、細管２０内を流通する第２液
体、例えば血液との熱交換をきわめて効率的に行うこと
ができる。

【００３６】なお、上記間隙２３ａ、２３ｂ、２３ｃ
は、上記したように内筒１５または仕切り板２２の端部
とシール部２１ａ、２１ｂの間に間隙を形成する方法以
外に、内筒１５または仕切り板２２の端部近傍に第１液
体流通用の穴を設けておき、これら端部を、上記穴が埋
まらない範囲で、シール部２１ａ、２１ｂに埋設させる
ことによって形成することもできる。

【００３７】上述の構成からなるこの発明の医療用熱交
換器は、以下に説明するような簡便な工程により容易に
製造することができる。

【００３８】すなわち、まず外筒１１内に、内筒１５、
仕切り板２２および細管２０を例えばホルダーなどで固
定して、それぞれが正規位置となるよう配置し、細管２
０の両端にゴムなどの被覆部材を被せる。

【００３９】次いで、流入ポート１２または排出ポート
１３からハウジング１０内へ、ポリウレタンやシリコン
などの高分子ポッティング剤を注入し、遠心分離によっ
てハウジング１０の両端に高分子ポッティング剤を移動
させて均一厚みとなし、これを硬化せしめてから、前記
被覆部材を剥離除去する。

【００４０】この場合、流入ポート１２または排出ポー
ト１３は、上述した従来例のようにリブによって塞がれ
ていないため、高分子ポッティング剤専用の注入口をハ
ウジング外筒１１に別に設ける必要がなく、流入ポート
１２または排出ポート１３から直接ハウジング１０内へ
高分子ポッティング剤を注入することができ、工程的お
よびコスト的にきわめて有利である。

【００４１】そして、ハウジング１０の両端に、Ｏリン
グ１９ａ、１９ｂを介して隔壁１８ａ、１８ｂを嵌合す
ることにより、この発明の医療用熱交換器を容易に製造
することができる。

【００４２】次に、試験例を挙げて、この発明の医療用
熱交換器による効果をさらに説明する。

【００４３】

【試験例】図１および図２に示した構造を有し、ポリカ
ーボネート製の外筒１１の内容積：４５０ml、同じ材料
からなりあらかじめ仕切り板２２を形成した内筒１５の
内容積：２５０ml、この内筒１５内に配置するステンレ
ス管からなる細管２０の内径：０．８４mm、配置本数：
約８５０本、シール部２１ａ、２１ｂの構成材料：ポリ
ウレタンとして、本発明の医療用熱交換器を製造した。

【００４４】一方、比較のために、上記と同様の条件
で、図３に示した従来構造の医療用熱交換器（比較例
１）および図４に示した従来構造の医療用熱交換器（比
較例２）を製造した。

【００４５】これら３種類の医療用熱交換器について、
ハウジング内に水温：３７℃の熱交換用媒体（水）を流
速：１５ｌ／min で、また細管内にヘモクロビン：１２
ｇ／dl、温度２０℃の牛血を流速：４ｌ／minでそれぞ
れ流通させた場合の熱交換率を測定した結果を表１に示
す。

【００４６】また、各医療用熱交換器を製造する場合の
容易度評価結果をも表１に併せて示す。

【００４７】

【表１】 熱交換率 製造容易度 本発明 ０．６６ 容易 比較例１ ０．５５ 容易 比較例２ ０．６６ 困難（シール部の形成不能）。

【００４８】以上の結果から明らかなように、この発明
の医療用熱交換器は、熱交換率が高く、しかも低コスト
で容易に製造することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の医療用
熱交換器は、熱交換率が高く、しかも低コストで容易に
製造することができ、各種手術用や人工肺との接続用な
どの医療用途に好ましく適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の医療用熱交換器の一実施例を
示す縦断断面図である。

【図２】図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図であ
る。

【図３】図３は従来の医療用熱交換器の一例を示す縦断
断面図である。

【図４】図４は従来の医療用熱交換器の他の一例を示す
縦断断面図である。

【符号の説明】 １０ ハウジング １１ 外筒 １２ 流入ポート １３ 排出ポート １４ 空隙 １５ 内筒 １６ 第２液体導入室 １７ 〃 排出室 １８ａ 隔壁 １８ｂ 隔壁 ２０ 細管 ２１ａ シール部 ２１ｂ シール部 ２２ 仕切り板 ２３ａ 間隙 ２３ｂ 間隙 ２３ｃ 間隙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１液体の流入ポートおよび排出ポー
   トを有する筒状のハウジングと、このハウジング内の軸
   方向に平行に配置された複数の第２液体流通用細管と、
   前記ハウジングの両端に設けられた第２液体の導入室お
   よび排出室と、前記ハウジングの両端にあって、前記第
   ２液体の導入室および排出室と前記ハウジングの内部と
   を液密にシールし、かつ前記細管と前記第２液体の導入
   室および排出室とを連通せしめるシール部とを備えた熱
   交換器において、前記ハウジングを、外筒およびこの外
   筒の内径内に空隙を残して配置された内筒からなる二重
   構造となし、前記内筒内に前記細管を配置すると共に、
   前記ハウジング内の前記第１液体流入ポートおよび排出
   ポートと直交し、かつ前記外筒と前記内筒とを連結する
   長手方向位置に仕切り板を設け、前記ハウジングの一端
   側では、前記内筒の端部と前記シール部との間に間隙を
   有すると共に、このシール部に前記仕切り板の端部が埋
   設され、前記ハウジングの他端側では、前記内筒の端部
   が前記シール部に埋設されると共に、前記内筒内におけ
   る前記シール部と前記仕切り板の端部との間に間隙を有
   するように、前記シール部を形成することによって、前
   記ハウジング内に前記第１液体の繰返し往復流路を形成
   したことを特徴とする医療用熱交換器。