KR101762228B1

KR101762228B1 - 혈액 산화기

Info

Publication number: KR101762228B1
Application number: KR1020150167230A
Authority: KR
Inventors: 황창모; 이정훈; 진소연
Original assignee: 재단법인 아산사회복지재단
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2017-07-27
Also published as: KR20170061976A

Abstract

본 발명은 혈액 산화기에 관한 것으로서, 혈액이 유입되는 혈액 유입구; 내부에 상기 혈액 유입구로부터 유입된 혈액이 유동하는 중심 하우징: 상기 중심 하우징과 동심을 이루며 배치되는 중간부 하우징; 상기 중간부 하우징과 동심을 이루며 배치되는 외부 하우징: 상기 중심 하우징과 상기 중간부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중심 하우징으로부터 상기 중간부 하우징으로 유입되는 혈액을 열교환액과 열교환하는 열교환부; 상기 중간부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중간부 하우징으로부터 상기 외부 하우징으로 유입되는 혈액 내의 기체를 산소와 교환하는 기체교환부; 상기 중심 하우징에 형성되어, 상기 중심 하우징으로 유입된 혈액이 상기 열교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제1혈액이동공; 상기 제1혈액이동공의 정반대측 방향으로 상기 중간부 하우징에 형성되어, 상기 열교환부로 유입된 혈액이 상기 기체교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제2혈액이동공; 및 상기 외부 하우징에 상기 제1혈액이동공과 동일한 방향으로 마련되어, 상기 열교환부와 상기 기체교환부를 순차적으로 거친 혈액을 상기 외부 하우징의 외측으로 배출하는 혈액 배출구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

혈액 산화기 {A BLOOD OXYGENATOR}

본 발명은 동심을 이루며 배치되는 복수의 하우징의 내부에 혈액을 열교환시키는 열교환부와, 혈액 내의 기체를 교환하는 기체교환부가 마련된 혈액 산화기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 열교환부와 기체교환부에서 혈액의 유동 구조를 개선한 혈액 산화기에 관한 것이다.

폐부전 또는 호흡이 곤란한 환자의 생존을 유지하고 추가적인 시술이 가능한 시간을 확보하기 위하여 혈액에 직접 산소를 공급하는 방법으로 에크모(Extra Corporeal Membrane Oxygenation: ECMO)를 사용할 필요가 있다.

이 때 사용되는 혈액산화기는 내부에 산소가 통과하고 외부에 혈액이 흐르는 중공사(hollow fiber membrane)를 사용하여, 중공사의 벽을 통한 기체의 확산에 의해 혈액 내의 이산화탄소를 중공사 내로 이동시키고, 중공사 내의 산소가 혈액 측으로 이동하여 혈액산화의 효과를 가지게 된다.

이러한 종래의 혈액 산화기의 선행기술이 미국등록특허 US5,270,004에 개시되어 있다.

선행기술에 개시된 바와 같이, 종래의 혈액 산화기의 일례는 혈액이 유입되는 중앙 챔버의 둘레를 따라 혈액을 열교환하기 위한 열교환 챔버가 형성되고, 열교환 챔버의 둘레에는 혈액 내의 가스를 교환하기 위한 기체교환 챔버가 동심 구조를 가지며 형성되어 있다.

또한, 이러한 각 챔버는 원통형상의 다공성 벽재들이 동심을 이루며 배치되어 형성되고, 열교환 챔버에는 열교환용 중공사가 마련되고, 기체교환 챔버에는 기체교환용 중공사가 마련되어 있다.

한편, 각 다공성 벽재에는 중앙 챔버로부터 열교환 챔버로 혈액이 유동하는 복수의 제1혈액유동공과, 열교환 챔버로부터 기체교환 챔버로 혈액이 유동하기 위한 복수의 제2혈액유동공이 각각 형성되어 있으며, 복수의 제1혈액유동공과 복수의 제2혈액유동공은 각 다공성 벽재의 동일한 방사방향에 상호 연통하도록 형성되어 있다.

그런데, 이러한 종래의 혈액 산화기는 복수의 혈액이동공이 각 다공성 격벽재에 동일한 방사방향에 상호 연통하도록 형성되어 있지만, 혈액의 배출구는 한곳에 위치하여 비대칭 형상을 가지게 되어 비대칭 혈액유동이 발생하게 되어, 전체적으로 균일한 혈액유동이 발생하지 않으므로 멤브레인에서 산소를 공급받는 혈액에 효율적인 산소전달이 발생할 수 없다는 문제가 있다. 혈액은 중앙 챔버로부터 유입되어 열교환 챔버와 기체교환 챔버를 순차적으로 유동하는데, 혈액정체영역의 존재와 이에 의한 열교환 챔버와 기체교환 챔버에서의 혈액 불균일한 체류시간으로 인하여 혈액 내 산소포화도의 불균일이 발생하여, 전체적으로 혈액의 열교환율 및 기체교환율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 혈액정체가 발생하는 영역에서 혈전생성의 가능성이 높아지며, 이로 인하여 환자의 장기 기능이 악화되거나 체외혈액순환 후 환자의 예후가 나빠질 가능성이 높아진다. 따라서, 혈액 산화기 내부의 균일한 혈액유동, 혈액정체 영역의 최소화가 주요한 고려사항이라 할 수 있다.

미국등록특허공보 US5,270,004(발명의 명칭: CYLINDRICAL BLOOD HEATER/OXYGENATOR, 등록일: 1993.12.14.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 방사상 혈액유동을 기반으로 열교환부와 기체교환부에서 혈액의 유동 구조를 개선하여, 혈액의 유동에 따른 혈액체류시간의 불균일성을 최소화하고, 혈액의 열교환율 및 기체교환율을 향상시킬 수 있는 혈액 산화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 혈액이 유입되는 혈액 유입구; 내부에 상기 혈액 유입구로부터 유입된 혈액이 유동하는 중심 하우징: 상기 중심 하우징과 동심을 이루며 배치되는 중간부 하우징; 상기 중간부 하우징과 동심을 이루며 배치되는 외부 하우징: 상기 중심 하우징과 상기 중간부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중심 하우징으로부터 상기 중간부 하우징으로 유입되는 혈액을 열교환액과 열교환하는 열교환부; 상기 중간부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중간부 하우징으로부터 상기 외부 하우징으로 유입되는 혈액 내의 기체를 산소와 교환하는 기체교환부; 상기 중심 하우징에 형성되어, 상기 중심 하우징으로 유입된 혈액이 상기 열교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제1혈액이동공; 상기 제1혈액이동공의 정반대측 방향으로 상기 중간부 하우징에 형성되어, 상기 열교환부로 유입된 혈액이 상기 기체교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제2혈액이동공; 및 상기 외부 하우징에 상기 제1혈액이동공과 동일한 방향으로 마련되어, 상기 열교환부와 상기 기체교환부를 순차적으로 거친 혈액을 상기 외부 하우징의 외측으로 배출하는 혈액 배출구를 포함하는, 혈액 산화기에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 상기 혈액 배출구는 상기 혈액 유입구와 인접한 상기 외부 하우징의 단부에 마련될 수 있다.

상기 제1혈액이동공은 상기 중심 하우징의 길이방향을 따라 상기 혈액 유입구로부터 일정 길이를 가지며 형성될 수 있다.

상기 중심 하우징의 내부를 차단하며, 상기 중심 하우징으로 유입된 혈액을 상기 제1혈액이동공으로 유동 안내하도록 상기 혈액 유입구 방향을 향해 경사진 경사판을 더 포함할 수 있다.

상기 중심 하우징은 상기 혈액 유입구보다 큰 직경을 가지며, 상기 중심하우징과 연결되는 상기 혈액 유입구의 단부는 점진적으로 직경이 증대되는 단면 형상을 가질 수 있다.

상기 복수의 제2혈액이동공은 상기 중간부 하우징의 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부에 상기 혈액 배출구와 동일한 방향으로 더 마련될 수 있다.

상기 복수의 제2혈액이동공은 상기 중간부 하우징의 길이방향을 따라 등간격으로 형성될 수 있다.

상기 제1혈액이동공의 개구 각도는 상기 중심 하우징의 축선에 대해 30∼240도 각도의 범위 내일 수 있다.

상기 중심 하우징과 상기 중간부 하우징과 상기 외부 하우징은 양단부가 개구된 통 형상을 가지며, 상기 중심 하우징의 혈액 유입구를 제외한 개구와, 상기 중간부 하우징의 양단부의 개구와, 상기 외부 하우징의 양단부의 개구를 차폐하는 한 쌍의 커버를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 커버 중 상기 혈액 유입구를 둘러싸는 커버에는 상기 열교환부로 열교환액을 유입하기 위한 열교환액 유입구와, 상기 기체교환부로 산소를 유입하기 위한 기체 유입구가 각각 형성되고; 나머지 커버에는 상기 열교환부를 통과한 열교환액을 배출하기 위한 열교환액 배출구와, 상기 기체교환부를 통과한 잔여 산소 및 혈액으로부터 회수한 기체를 배출하기 위한 기체 배출구가 각각 형성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 방사상 혈액유동을 기반으로 열교환부와 기체교환부에서 혈액의 유동 구조를 개선함으로써, 혈액의 유동에 따른 혈류체류시간의 불균일성을 최소화하고, 혈액의 열교환율 및 기체교환율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기의 사시도,
도 2는 도 1의 종단면도,
도 3은 도 1의 중심 하우징의 사시도,
도 4는 도 1의 중간부 하우징의 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예로서 혈액의 유동을 도시한 도 2의 A-A선에 따른 단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예로서 혈액의 유동을 도시한 도 2의 B-B선에 따른 단면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기에서의 혈액의 유동을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기에서의 열교환액의 유동을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기에서의 기체의 유동을 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하며, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기가 도시되어 있다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)는 혈액 유입구(5), 중심 하우징(11), 중간부 하우징(21), 외부 하우징(31), 열교환부(41), 기체교환부(45), 제1혈액이동공(51), 제2혈액이동공(55), 혈액 배출구(61)를 포함한다.

설명에 앞서, 이하에서는 설명의 편리상, 혈액 유입구(5)가 위치하는 중심 하우징(11)의 단부와, 혈액 유입구(5)에 인접하게 위치하는 중간부 하우징(21)과 외부 하우징(31)의 각 단부를 상단부라고 칭하고, 중심 하우징(11)의 혈액 유입구(5)의 반대측에 위치한 중심 하우징(11)과 중간부 하우징(21)과 외부 하우징(31)의 각 단부를 하단부라고 칭하여 설명하기로 한다.

혈액 유입구(5)는 속이 빈 파이프 형상을 가지며, 중심 하우징(11)으로 혈액을 유입시키는 기능을 가진다. 중심하우징(11)과 연결되는 혈액 유입구(5)의 단부는 점진적으로 직경이 증대되는 단면 형상을 가지며, 이로써 중심 하우징으로 유동하는 혈액의 이동 속도가 줄어들게 되어, 혈액에 함유된 적혈구의 손상을 줄인다.

중심 하우징(11)은 도 3에 도시된 바와 같이 일정 길이를 가지며, 양단부가 개구된 원통 형상을 가진다. 중심 하우징(11)은 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)의 중앙에 위치하며, 혈액 유입구(5)보다 큰 직경을 가진다. 중심 하우징(11)의 일측 개구는 혈액이 유입되는 혈액 유입구(5)와 연결된다. 여기서, 중심 하우징(11)의 직경은 혈액 유입구(5)의 최소 직경의 3배 이내의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

한편, 중심 하우징(11)에는 중심 하우징(11)의 내부를 차단하며, 중심 하우징(11)으로 유입된 혈액을 제1혈액이동공(51)으로 유동 안내하도록 혈액 유입구(5) 방향을 향해 경사진 경사판(15)이 마련되어 있다. 경사판(15)은 제1혈액이동공(51)의 개구 하단부로부터 중심 하우징(11)의 내부를 가로지르며 혈액 유입구(5) 방향으로 경사지게 마련된다. 이와 같이, 중심 하우징(11)의 내부에 경사판(15)을 마련함으로써, 중심 하우징(11)으로 유입되는 혈액을 중심 하우징(11)과 중간부 하우징(21) 사이의 하단부 영역으로 원만하게 유동 안내하여, 혈액의 유동에 따라 발생하는 관성력에 의해 혈액 내의 적혈구가 손상되는 것을 줄일 수 있게 된다. 여기서, 경사판(15)의 각도는 중심 하우징(11)의 축선에 대해 10∼60도 각도의 범위를 갖는 것이 바람직하다.

중간부 하우징(21)은 도 4에 도시된 바와 같이 일정 길이를 가지며, 양단부가 개구된 원통 형상을 가진다. 중간부 하우징(21)은 중심 하우징(11)과 동심을 이루며 중심 하우징(11)의 둘레를 따라 배치되고, 중심 하우징(11)과의 사이에는 열교환부(41)가 마련되는 열교환 챔버(25)를 형성한다.

외부 하우징(31)은 일정 길이를 가지며, 양단부가 개구된 원통 형상을 가진다. 외부 하우징(31)은 중간부 하우징(21)과 동심을 이루며 중간부 하우징(21)의 둘레를 따라 배치되고, 중간부 하우징(21)과의 사이에는 기체교환부(45)가 마련되는 기체교환 챔버(35)를 형성한다.

열교환부(41)는 중심 하우징(11)과 중간부 하우징(21) 사이 예컨대, 열교환 챔버(25)에 마련되어, 중심 하우징(11)으로부터 중간부 하우징(21)으로 유입되는 혈액을 열교환한다. 본 실시예에서는 열교환부(41)로서 미세한 직경을 갖는 튜브가 다발로 이루어지며 열교환 기능을 가지는 열교환용 중공사(hollow fiber membrane)가 마련되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 한편, 열교환용 중공사의 내부에는 열교환액이 통과하고 열교환용 중공사의 외부에는 혈액이 유동하여, 열교환액과 혈액은 상호 열교환이 이루어지게 되며, 이로써 혈액의 온도를 일정 온도로 배출할 수 있게 된다.

기체교환부(45)는 중간부 하우징(21)과 외부 하우징(31) 사이 예컨대, 기체교환 챔버(35)에 마련되어, 중간부 하우징(21)으로부터 외부 하우징(31)으로 유입되는 혈액 내의 기체를 산소와 교환한다. 본 실시예에서는 기체교환부(45)로서 미세한 직경을 갖는 튜브가 다발로 이루어지며 기체의 투과기능을 가지는 기체교환용 중공사(hollow fiber membrane)가 마련되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 한편, 기체교환용 중공사의 내부에는 산소가 통과하고 기체교환용 중공사의 외부에는 혈액이 유동하여, 중공사의 벽을 통한 기체의 확산에 의해 혈액 내의 이산화탄소 등의 기체와 산소가 교환되며, 즉 중공사 내부의 산소는 혈액으로 유입되고, 혈액 내의 이산화탄소 등의 기체는 중공사로 유입된다. 이로써, 기체교환부(45)를 통해 혈액 내의 이산화탄소 등의 기체를 제거할 수 있게 된다.

하나의 제1혈액이동공(51)은 중심 하우징(11)에 관통 형성되어, 중심 하우징(11)으로 유입된 혈액을 열교환부(41)로 이동하도록 안내한다. 제1혈액이동공(51)은 경사판(15)의 단부로부터 혈액 유입구(5)를 향해 중심 하우징(11)의 상단부에 관통 형성된다. 이와 같이, 제1혈액이동공(51)이 혈액 유입구(5)로부터 일정 길이를 가지며 형성함으로써, 제1혈액이동공(51)으로 통해 나온 혈액이 중심 하우징(11)과 중간부 하우징(21) 사이의 상단부 영역 예컨대, 열교환부(41)의 상단부 영역에서 정체되는 것을 줄이며, 열교환부(41)의 하단부 영역으로 원활하게 유동하도록 한다. 여기서, 제1혈액이동공(51)은 중심 하우징(11)의 전체 길이 중 10∼70％의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 이에 열교환부(41)의 상단부 영역에서 혈액이 더욱 원활하게 순환되어, 혈액의 정체를 줄일 수 있게 된다.

또한, 제1혈액이동공(51)의 개구 각도는 중심 하우징(11)의 축선에 대해 30도∼240도 각도의 범위 내인 것이 바람직하며, 이에 의해 제1혈액이동공(51)을 거쳐 열교환부(41)를 유동하는 혈액의 선회 유동을 향상시켜, 혈액은 열교환부(41)를 균일하게 유동하며 열교환이 이루어지게 되어 열교환효율을 향상시킬 수 있게 된다.

여기서, 본 실시예에서는 하나의 제1혈액이동공(51)이 형성되어 있는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 복수의 제1혈액이동공은 중심 하우징(11)의 길이방향을 따라 간격을 두고 형성될 수도 있다.

제2혈액이동공(55)은 도 4에 도시된 바와 같이 복수로 마련되고, 제1혈액이동공(51)의 정반대측 방향으로 중간부 하우징(21)의 길이방향을 따라 간격을 두고 중간부 하우징(21)에 관통 형성된 메인 제2혈액이동공(57)과, 중간부 하우징(21)의 하단부에 혈액 배출구(61)와 동일한 방향으로 관통 형성된 보조 제2혈액이동공(59)을 포함한다. 보조 제2혈액이동공(59)은 제1혈액이동공(51)의 하방에 위치한다. 복수의 보조 제2혈액이동공(59)은 중간부 하우징(21)의 전체 길이 중 10∼30％의 길이를 갖는 것이 바람직하며, 이에 열교환부(41) 및 기체교환부(45)의 각 하단부에서의 혈액의 정체를 최소화할 수 있게 된다.

이와 같이, 제1혈액이동공(51)과 메인 제2혈액이동공(57)을 상호 반대방향에 형성함으로써, 중심 하우징(11)으로부터 열교환부(41)를 거쳐 기체교환부(45)로 유동하는 혈액 중 열교환부(41)와 기체교환부(45)의 각 상단부 영역으로 유동하는 혈액은 도 5에 도시된 바와 같이 열교환 챔버(25)에서 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 1차 선회 유동하고 나서, 메인 제2혈액이동공(57)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되어 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 2차 선회 유동하며, 외부 하우징(31)의 상단부에 위치한 혈액 배출구(61)를 거쳐 외부로 배출된다. 이 때, 열교환 챔버(25) 및 기체교환 챔버(35)에서 혈액이 선회 유동함에 따라 각 챔버(25,35)에서의 혈액의 정체가 최소화되어, 혈액의 열교환 효율과 기체교환 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 중간부 하우징(21)의 하단부에 보조 제2혈액이동공(59)을 더 형성함으로써, 열교환부(41)와 기체교환부(45)의 각 하단부 영역으로 유동하는 혈액의 일부는, 도 6에 도시된 바와 같이, 열교환 챔버(25)에서 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 1차 선회 유동하고 나서, 메인 제2혈액이동공(57)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되어 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 2차 선회 유동하며, 외부 하우징(31)의 상단부에 위치한 혈액 배출구(61)를 거쳐 외부로 배출된다. 또한, 열교환부(41)와 기체교환부(45)의 각 하단부 영역으로 유동한 혈액의 나머지는 열교환 챔버(25)를 가로지르며 보조 제2혈액이동공(59)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되어, 외부 하우징(31)의 상단부를 향해 기체교환부(45)를 따라 상향 유동하여, 혈액 배출구(61)를 거쳐 외부로 배출된다.

이로써, 혈액이 정체되는 것을 최소화하며, 열교환 및 기체교환을 거쳐 혈액 배출구(61)로 유동하는 혈액을 전반적으로 원활하게 유동시킴과 동시에, 혈액 속의 산소 포화도를 균일하게 혼합할 수 있게 된다.

여기서, 본 실시예에서는 복수의 제2혈액이동공(55)이 혈액 배출구(61)의 정반대측으로 형성된 메인 제2혈액이동공(57)과, 혈액 배출구(61)와 동일한 방향으로 형성된 보조 제2혈액이동공(59)을 포함하는 것으로 설명하고 있지만 이에 한정되지 않으며, 복수의 제2혈액이동공(55)은 혈액 배출구(61)의 정반대측에만 형성될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 보조 제2혈액이동공(59)이 중간부 하우징(21)의 하단부에 형성되는 것으로 도시되어 있지만 이에 한정되지 않으며, 보조 제2혈액이동공(59)은 중간부 하우징(21)의 상단부, 또는 중간부 하우징(21)의 양단부에 형성될 수도 있다.

혈액 배출구(61)는 제1혈액이동공(51)과 동일한 방향으로 혈액 유입구(5)와 인접한 외부 하우징(31)의 단부 예컨대, 외부 하우징(31)의 상단부에 형성된다. 혈액 배출구(61)는 열교환부(41)와 기체교환부(45)를 순차적으로 거친 혈액을 외부 하우징(31)의 외측으로 배출하는 역할을 한다. 여기서, 혈액 배출구(61)는 외부 하우징(31)의 상단부로부터 예컨대, 혈액 유입구(5)로부터 외부 하우징(31)의 전체 길이의 10∼70％ 범위의 길이 이내에 위치하는 것이 바람직하며, 이에 혈액 배출구(61) 주변에서의 혈액이 정체하는 것을 최소화할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)는 중간부 하우징(21)의 양단부의 개구와, 외부 하우징(31)의 양단부의 개구를 차폐하는 한 쌍의 커버(71,75)를 포함한다.

이하에서는 설명의 편리상, 중간부 하우징(21)과 외부 하우징(31)의 각 상단부에 마련되는 커버를 제1커버(71)라 하고, 중간부 하우징(21)과 외부 하우징(31)의 각 하단부에 마련되는 커버를 제2커버(75)라고 한다.

제1커버(71)는 중간부 하우징(21)의 상단부 개구와, 외부 하우징(31)의 상단부 개구를 기밀을 유지하며 차폐한다.

제2커버(75)는 중간부 하우징(21)의 하단부 개구와, 외부 하우징(31)의 하단부 개구를 기밀을 유지하며 차폐한다.

혈액 유입구(5)를 둘러싸는 커버 예컨대, 제1커버(71)에는 열교환부(41)로 열교환액을 유입하기 위한 열교환액 유입구(81)와, 기체교환부(45)로 산소를 유입하기 위한 기체 유입구(91)가 형성되어 있다. 제2커버(75)에는 열교환부(41)를 통과한 열교환액을 배출하기 위한 열교환액 배출구(85)와, 기체교환부(45)를 통과한 잔여 산소 및 혈액으로부터 회수한 기체를 배출하기 위한 기체 배출구(95)가 형성되어 있다.

이러한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)를 이용하여 혈액 산화기(1)로 유입된 혈액의 온도를 높이고, 혈액에 산소를 공급하는 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)에서의 열교환 및 기체교환 과정에 대해 설명한다. 참고로, 도 7 내지 도 9에는 본 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)에서의 혈액과, 열교환액과, 기체의 유동 과정을 각각 도시한 도면들이 도시되어 있다.

중심 하우징(11)의 혈액 유입구(5)로 유입된 혈액은, 도 7에 도시된 바와 같이, 중심 하우징(11)의 상단부로부터 하단부를 향해 유동하다가 중심 하우징(11)의 상단부 영역에 위치한 경사판(15)에 부딪치며, 열교환 챔버(25)의 상단부로부터 하단부에 걸쳐 골고루 분배되며 유동하게 된다.

제1혈액이동공(51)을 통해 열교환 챔버(25)로 유입된 혈액은 열교환 챔버(25)에 수용된 열교환부(41)의 열교환액과 상호 열교환한다. 이 때, 혈액과 열교환한 열교환부(41)의 열교환액은 도 8에 도시된 바와 같이 열교환액 배출구(85)를 통해 외부로 배출되고, 열교환한 혈액은 중간부 하우징(21)에 형성된 복수의 메인 제2혈액이동공(57)과 보조 제2혈액이동공(59)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입된다.

열교환한 혈액은 기체교환 챔버(35)에 수용된 기체교환부(45)에서, 기체교환부(45)를 통해 유입된 산소와 기체교환 챔버(35)를 유동하는 혈액 내의 이산화탄소 등의 기체가 교환되며, 혈액 내에 산소를 공급한다.

기체교환부(45)에서 미처 교환하지 못한 잔여 산소와 이산화탄소 등의 기체는 기체교환 챔버(35)의 하단부를 향해 유동하여, 잔여 산소와 혈액으로부터 회수한 이산화탄소 등의 기체는 도 9에 도시된 바와 같이 기체 배출구(95)를 통해 외부로 배출된다.

다음, 본 발명의 일 실시예에 따른 혈액 산화기(1)에서의 혈액의 유동에 대해 설명한다.

혈액 유입구(5)로부터 중심 하우징(11)으로 유입된 혈액은 중심 하우징(11)의 상단부에 형성된 제1혈액이동공(51)을 통해 열교환 챔버(25)로 유입된다.

제1혈액이동공(51)을 통해 열교환 챔버(25)로 유입되는 혈액은 열교환 챔버(25)의 상단부로부터 하단부를 향해 유동함과 동시에, 열교환부(41)와 열교환하면서 중심 하우징(11)의 방사방향으로 유동하다가, 중간부 하우징(21)의 벽에 부딪힌 후, 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 1차 선회 유동하며 열교환을 하게 된다.

제1혈액이동공(57)을 통해 배출되는 혈액의 일부는 중간부 하우징(21)의 둘레방향을 따라 1차 선회 유동하며 메인 제2혈액이동공(57)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되고, 제1혈액이동공(57)을 통해 배출되는 혈액의 나머지는 중간부 하우징(21)의 하단부에 형성된 보조 제2혈액이동공(59)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입된다.

메인 제2혈액이동공(57)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되는 혈액은 기체교환부(45)에 의해 기체교환하면서 외부 하우징(31)의 방사방향으로 유동하다가, 외부 하우징(31)의 벽에 부딪힌 후 외부 하우징(31)의 둘레방향을 따라 2차 선회 유동하면서 기체교환을 하며, 보조 제2혈액이동공(59)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되어 기체교환한 혈액과 혼합되며, 혈액 배출구(61)를 통해 외부로 배출된다. 이 때, 열교환 챔버(25)와 기체교환 챔버(35)의 혈액은 상호 반대방향으로 유동하게 된다.

또한, 보조 제2혈액이동공(59)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되는 혈액은 기체교환부(45)에 의해 기체교환하면서 외부 하우징(31)의 상단부를 향해 상향 유동하여, 메인 제2혈액이동공(57)을 통해 기체교환 챔버(35)로 유입되어 기체교환한 혈액과 혼합되며, 혈액 배출구(61)를 통해 외부로 배출된다.

이로써, 중심 하우징(11)에는 경사판(15)을 설치함과 동시에, 상단부에 제1혈액이동공(51)을 형성하고, 중간부 하우징(21)의 일측에는 중간부 하우징(21)의 길이방향을 따라 복수의 메인 제2혈액이동공(57)을 형성하며, 중간부 하우징(21)의 타측 하단부에는 복수의 보조 제2혈액이동공(59)을 형성함으로써, 혈액 산화기(1) 내에서 열교환 및 기체교환을 위해 분산되는 혈액의 체류시간의 불균일성을 최소화하며, 혈액을 열교환 및 기체교환한 후, 혈액 배출구(61)를 통해 외부로 배출할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 방사상 혈액유동을 기반으로 열교환부와 기체교환부에서 혈액의 유동 구조를 개선함으로써, 열교환부 및 기체교환부에서 국부적으로 혈액이 정체되는 영역을 해소하여, 혈액의 유동에 따른 혈류체류시간의 불균일성을 최소화하고, 혈액의 열교환율 및 기체교환율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 전술한 실시예에서는 복수의 제2혈액이동공이 혈액 배출구의 정반대측으로 형성된 메인 제2혈액이동공과, 혈액 배출구와 동일한 방향으로 형성된 보조 제2혈액이동공을 포함하는 것으로 설명하고 있지만 이에 한정되지 않으며, 복수의 제2혈액이동공은 혈액 배출구의 정반대측으로만 형성될 수도 있다.

1 : 혈액 산화기 5 : 혈액 유입구
11 : 중심 하우징 15 : 경사판
21 : 중간부 하우징 25 : 열교환 챔버
31 : 외부 하우징 35 : 기체교환 챔버
41 : 열교환부 45 : 기체교환부
51 : 제1혈액이동공 55 : 제2혈액이동공
57 : 메인 제2혈액이동공 59 : 보조 제2혈액이동공
61 : 혈액 배출구 71 : 제1커버
75 : 제2커버 81 : 열교환액 유입구
85 : 열교환액 배출구 91 : 기체 유입구
95 : 기체 배출구

Claims

혈액이 유입되는 혈액 유입구;
내부에 상기 혈액 유입구로부터 유입된 혈액이 유동하는 중심 하우징:
상기 중심 하우징과 동심을 이루며 배치되는 중간부 하우징;
상기 중간부 하우징과 동심을 이루며 배치되는 외부 하우징:
상기 중심 하우징과 상기 중간부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중심 하우징으로부터 상기 중간부 하우징으로 유입되는 혈액을 열교환액과 열교환하는 열교환부;
상기 중간부 하우징과 상기 외부 하우징 사이에 마련되어, 상기 중간부 하우징으로부터 상기 외부 하우징으로 유입되는 혈액 내의 기체를 산소와 교환하는 기체교환부;
상기 중심 하우징에 형성되어, 상기 중심 하우징으로 유입된 혈액이 상기 열교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제1혈액이동공;
상기 제1혈액이동공의 정반대측 방향으로 상기 중간부 하우징에 형성되어, 상기 열교환부로 유입된 혈액이 상기 기체교환부로 이동하도록 안내하는 하나 이상의 제2혈액이동공;
상기 외부 하우징에 상기 제1혈액이동공과 동일한 방향으로 마련되어, 상기 열교환부와 상기 기체교환부를 순차적으로 거친 혈액을 상기 외부 하우징의 외측으로 배출하는 혈액 배출구; 및
상기 중심 하우징의 내부를 차단하며, 상기 중심 하우징으로 유입된 혈액을 상기 제1혈액이동공으로 유동 안내하도록 상기 혈액 유입구 방향을 향해 경사진 경사판을 포함하는, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 혈액 배출구는 상기 혈액 유입구와 인접한 상기 외부 하우징의 단부에 마련되는, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 제1혈액이동공은 상기 중심 하우징의 길이방향을 따라 상기 혈액 유입구로부터 일정 길이를 가지며 형성되는, 혈액 산화기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 중심 하우징은 상기 혈액 유입구보다 큰 직경을 가지며, 상기 중심하우징과 연결되는 상기 혈액 유입구의 단부는 점진적으로 직경이 증대되는 단면 형상을 갖는, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제2혈액이동공은 상기 중간부 하우징의 양단부 중 적어도 어느 하나의 단부에 상기 혈액 배출구와 동일한 방향으로 더 마련되는, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 복수의 제2혈액이동공은 상기 중간부 하우징의 길이방향을 따라 등간격으로 형성되는, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 제1혈액이동공의 개구 각도는 상기 중심 하우징의 축선에 대해 30∼240도 각도의 범위 내인, 혈액 산화기.
제1항에 있어서,
상기 중심 하우징과 상기 중간부 하우징과 상기 외부 하우징은 양단부가 개구된 통 형상을 가지며,
상기 중간부 하우징의 양단부의 개구와, 상기 외부 하우징의 양단부의 개구를 차폐하는 한 쌍의 커버를 포함하는, 혈액 산화기.
제9항에 있어서,
상기 한 쌍의 커버 중 상기 혈액 유입구를 둘러싸는 커버에는 상기 열교환부로 열교환액을 유입하기 위한 열교환액 유입구와, 상기 기체교환부로 산소를 유입하기 위한 기체 유입구가 각각 형성되고;
나머지 커버에는 상기 열교환부를 통과한 열교환액을 배출하기 위한 열교환액 배출구와, 상기 기체교환부를 통과한 잔여 산소 및 혈액으로부터 회수한 기체를 배출하기 위한 기체 배출구가 각각 형성되는, 혈액 산화기.