KR910003358B1 - 열 또는 물질교환장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환장치의 부분단면 측면도이다.
제 2 도는 제 1 도의 선 X-X의 단면도이다.
제 3 도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물질교환장치의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 열교환장치 2,22 : 하우징
3 : 열교환용 관체 4,5,24,25 : 격벽
6,26 : 제 1 유체 유입구 7,27 : 제1 유체 유출구
8,28 : 제 2 유체 도입구 9,29 : 제 2 유체 배출구
10,11 : 덮개 12,32 : 제 1 유체실
13,33 : 제 2 유체실 15,35 : 환상공간
16,36 : 연통공 17,18 : 돌출부
20 : 인공폐 23 : 중공섬유막
본 발명은 혈액용의 열 또는 물질교환장치에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 열 또는 물질교환 관체의 외부로 혈액을 통과시키고, 교환관체의 내부로는 열 또는 물질교환용매체를 통과시켜 열 또는 물질교환을 행하는 열교환장치, 인공폐 및 인공 신장용으로 적당한 장치에 관한 것이다.
종래의 혈액용 열교환장치로는 하우징 내부에 열교환용 관체가 수용되어 있는 형식의 것이 공지되어 있다. 여기서의 열교환용 관체는, 예컨대 가늘고 긴 다수의 열교환용 관체 또는 코일상의 관체의 형태로 되어 있다. 물질교환장치는 인공신장과 같은 인공기관으로 사용되고 있다. 또한 인공폐용으로 다수의 가스 교환용 중공섬유와, 인공 신장용으로 다수의 투석용 중공섬유의 형태로 된 물질교환관 형식의 것들도 있다.
대부분의 종래기술에 의한 열 또는 물질교환장치의 경우, 혈액은 열 또는 물질교환용관을 통하여 유동하는 반면, 열 또는 물질교환용 매체는 교환용과 하우징 사이로 통과하는 형식을 띠고 있다. 그러나, 최근의 소수의 열 또는 물질교환장치의 경우, 열 또는 물질교환용 매체는 교환용관을 통하여 유동하는 반면, 혈액은 교환용관과 하우징 사이로 통과하는 형식도 있다. 열 또는 물질교환용 매체로서는, 열교환장치의 경우는 온수이거나 냉수가, 인공폐의 경우는 산소를 함유한 가스가, 그리고 인공신장의 경우는 투석 유체가 실제로 사용되고 있다.
이들 장치에 있어서, 열 또는 물질교환 관체는 격벽을 형성하는 포팅 조성물(potting composition)예를 들면 폴리우레탄을 기본으로 한 포팅 조성물을 사용하여 하우징에 방수상태로 고정되어 있다.
이러한 장치를 사용하여 열 또는 물질교환목적으로 혈액을 장치로 통과시킬 경우, 장치에 돌발적인 충격이 가해진다거나, 하우징과 격벽 사이의 접합부에서 국부적인 약한 접착이 발생함으로써, 격벽이 하우징으로부터 분리되는 위험이 있게 된다. 격벽과 하우징 사이에 이러한 분리현상이 발생하게 되면, 열 또는 물질교환용 유체가 분리된 간극 또는 틈새를 통하여 혈액과 혼합할 수 있으므로 매우 위험하다. 또한 혈액이 열 또는 물질교환용 유체로 오염되는 것을 외부에서 발견하는 것도 불가능하다.
본 발명의 목적은 격벽이 하우징으로부터 분리될 경우라도 열교환용 유체가 혈액과 혼합하지 않는 열교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 격벽이 하우징으로부터 분리되는 것을 용이하게 발견할 수 있는 열교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 격벽이 하우징으로부터 분리될 경우라도, 물질교환용 유체가 혈액과 혼합하지 않는 물질교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기타의 목적은 격벽이 하우징으로부터 분리되는 것을 용이하게 발견할 수 있는 물질교환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 태양으로서, 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구를 갖는 원통형의 하우징과, 원통형 하우징내에 수용된 열교환용 관체, 열교환용 관체의 양단부를 원통형 하우징의 양단부에 방수상태로 고정시키고, 하우징 내부를 제 1 유체 유입구 및 제 1유체 유출구와 연통하는 제 1 유체실과 교환용 관체내에 형성된 제 2 유체실로 구획하는 각각의 격벽, 및 제 2 유체실에 연통하는 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구를 갖는 열교환장치에서, 상기 하우징은 하우징의 양단부의 내부로부터 하우징의 각각의 단부방향으로 돌출하는 하우징의 양단부에 형성된 환상 돌출부를 갖고 있으며, 상기 각각의 격벽은 양단부에 형성된 각각의 돌출부의 단부가 격벽내에 위치하도록 하우징의 양단부에 고착되어 있으며, 이러한 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면, 및 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽의 내면에 의하여, 하우징의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레에 걸쳐 각각 존재하여 제 1 유체실과 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립한 각각의 공간, 및 이러한 각각의 공간과 외부공간을 연통하는 하우징에 설치된 각각의 연통공을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 제 2 태양으로서, 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구를 갖는 원통형의 하우징과, 원통형 하우징내에 수용된 물질교환용 관체, 물질교환용 관체의 양단부를 원통형 하우징의 양단부에 방수상태로 고정시키고, 하우징내부를 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구와 연통하는 제 1 유체실과 교환용 관체내에 형성된 제 2 유체실로 구획하는 각각의 격벽 및 제 2 유체실에 연통하는 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구를 갖는 물질교환장치에서, 상기 하우징은 하우징의 양단부의 내부로부터 하우징의 각각의 단부방향으로 돌출하는 하우징의 양단부에 형성된 환상 돌출부를 갖고 있으며, 상기 각각의 격벽은 양단부에 형성된 각각의 돌출부의 단부가 격벽내에 위치하도록 하우징의 양단부에 고착되어 있으며, 이러한 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면 및 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽의 내면에 의하여, 하우징의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레에 걸쳐 각각 존재하며 제 1 유체실과 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립한 각각의 공간 및 이러한 각각의 공간과 외부공간을 연통하는 하우징에 설치된 각각의 연통공을 갖는 것을 특징으로 하는 물질교환장치가 제공된다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적, 특징 및 이점은 첨부도면을 참조로 기재한 하기 설명으로부터 더욱 명확히 이해될 것이다.
제 1 도 내지 제 3 도를 참조로 본 발명의 열 또는 물질교환장치를 설명하기로 한다.
참고부호(1)로 표기된 열 또는 물질교환장치는 통상 제 1 유체 유입구(6)와 제 1 유체 유출구(7)를 갖는 원통형 하우징(2)를 구비한다. 이 하우징(2)에는 열 또는 물질교환용 관체(3)가 수용되어 있다. 또한 하우징(2)내에는 교환용 관체(3)의 양단부를 하우징(2)에 방수상태로 고착시키는 원형격벽(4 및 5)이 설치되며, 이 격벽(4 및 5)은 하우징(2)의 내부를 제 1유체 유입구(6)와 제 1 유체 유출구(7)와 연통하는 제 1 유체 유입구(6)와 제 1 유체 유출구(7)와 연통하는 제1 유체실(12)과, 교환용 관체 (3)내에 형성된 제 2 유체실(13)로 구분한다. 즉, 제 1 유체실(12)은 하우징(2)의 내벽과 교환용 관체(3)의 외벽에 의해 형성되어 마주보는 격벽(4 및 5)에 의해 경계가 지어지며, 그 결과 제 1 유체 유입구(6)와 제 2 유체 유출구(7)에 유체가 통하게 된다. 그에 비해 제 2 유체실(13)은 양 격벽(4 및 5)의 외측부와 연통하도록 교환용 관체(3)의 내부에 의해 형성된다. 또한 이 제 2 유체실(13)은 제 2 유체 도입구와 제 2 유체 배출구에 연통하여 유체가 흐르게 된다. 한편 독립 공간부(15)가 하우징(2)과 격벽(4 및 5)의 내벽에 의해 형성되어 하우징(2)의 전 둘레로 신장되어 있지만, 제 1 유체실(12)과 제 2 유체실(13)은 연통되어 있지 않는다. 또한 독립 공간부(15)를 둘러싸고 있는 하우징(2)의 일부에는 이 공간부(15)를 주위 대기에 연통하여 주는 연통공(16)이 개구되어 있다.
이제 제 1 도와 제 2 도를 참조로, 열교환장치로 사용되는 본 발명의 장치의 한 실시예를 좀더 상세히 설명하기로 한다.
열교환장치(1)는, 내부실이 형성되어 있고 개방된 양단부를 갖는 원통형 하우징(2)를 구비한다. 이 하우징(2)내부에는 열교환용 관체(3)가 수용되어 있다. 이 교환용 관체(3)는 스테인레스강, 알루미늄 및 구리 등의 높은 열 전도성을 갖는 금속으로 제작되어 약 0.5∼10mm, 바람직하게는 약 2∼5mm의 내경을 갖는 다수의 세관들로 형성된다. 예를 들어 약 10∼2,000본 바람직하게는 약 50∼1,000본의 관들이 서로 이격된 상태로 묶여겨 하우징내에 축방향으로 수용된 관체를 형성한다. 제 1 도의 태양예에 있어서 열교환용 관체는 직관으로 예시되어 있으나, 나선형 관체도 사용 될 수 있다. 또한 본 발명의 열교환 관체는 세관의 집합체로만 한정되지 않으며, 코일상의 단일 관을 포함할 수도 있다.
원형 격벽(4 및 5은) 하우징(2)내에 횡방향으로 설치되어 열교환용 관체(3)의 양단부를 하우징(2)에 방수 상태로 고착시킨다. 이 격벽(4 및 5)은 폴리우레탄 및 실리콘 고무 등의 중합체를 기본으로 한 포팅 조성물로 형성된다. 도시된 태양예에서 볼 수 있는 바와 같이, 격벽(4 및 5)은 열교환 관체(3)와 함께 하우징(2) 내부를 혈액실인 제 2 유체실(12)과 열교환용 유체실인 제 2 유체실(13)로 구분하여 준다. 즉, 제 1 유체실(12)은 하우징의 내벽과 열교환 관체의 외벽에 의해 형성되어, 서로 마주보는 격벽(4 및 5)에 의해 경계가 되며, 그 결과 제 1 유체실(12)은 제 1 유체 유입구(6)와 제 1 유체 유출구(7)와 연통하게 된다. 한편, 제 2 유체실(13)은 양 격벽의 외측부와 연통하도록 열교환용 관체의 관강(Lumens)에 의해 형성된다. 혈액 유입관 형태로된 제 1 유체 유입구(6)는 하우징(2)의 중간 하방부에 배치되어 하우징(2)의 외벽으로부터 거의 접선 방향으로 외향신장되어 있다. 또한 혈액 유출관 형태로 된 제 1 유체 유출구(7)는 하우징(2)의 중간 상방부에 배치되어 배치되어 하우징(2)의 외벽으로부터 거의 접선방향으로 외향신장되어 있다.
하우징(2)은 형태상 원통형일 수도, 다각형일 수도 있으나, 원통형 하우징이 바람직하다. 하우징은 임의의 원하는 물질로부터 성형시킬 수도 있으나 폴리카아본네이트, 아크릴- 스티렌 공중합체 및 아크릴-부틸렌-스티렌 공중합체 등의 수지성 성형재가 바람직하다.
격벽(4)넘어로 신장하는 하우징(2)의 한 단부에는 열교환 유체 도입 관인 제 2 유체 도입구(8)가 설치되어 있다. 또한 타방의 격벽(5)넘어로 신장하는 하우징(2)의 다른 단부에는 열교환 유체 배출 관인 제 2 유체 배출구(9)가 설치되어 있다. 이 제 2 유체 도입구(8)와 배출구(9)는 열교환 관체(3)의 관강에 의해 제공되는 제 2 유체실(13)과 연통한다.
하우징(2)의 양단부는 덮개(10 및 11)에 의해 폐쇄되어 있다. 덮개(10 및 11)는 하우징(2)의 내부단면 형상과 거의 동일한 형체를 갖는 원판으로, 예를 들어 폴리카아본네이트, 아크릴-스티렌 공중합체 및 아크릴-부틸렌-스티렌 공중합체로 제작된다. 이 원판(10 및 11)은 접착재 또는 접합용제 또는 고주파 가열 시일링, 초음파 시일링 및 유도 가열 시일링 등의 용융접합에 의해 하우징(2)의 단부에 방수봉합 상태로 고착 되어 있다. 하우징(2)의 반경방향의 내벽, 격벽(4)의 축방향 외부벽 및 덮개(10)의 축방향 내부벽은 유체 유입실을 형성하며, 이 유체 유입실은 열교환 유체 도입구(8)와 열교환 유체실(13)과 공히 연통한다. 이와 유사하게, 하우징(2)의 내벽, 격벽(5)의 외부벽 및 덮개(11)의 내부벽은 유체 유출실을 형성하며, 이 유체 유출실은 열교환 유체 배출구(9)와 열교환 유체실(10)과 공히 연통한다.
환상공간(15)은 하우징(2)의 내벽과 각 격벽(4 및 5)의 내부벽에 의해 형성되어, 하우징(2)의 전 둘레에 신장되어 있다. 이 환상공간(15)은 제 1 유체 또는 혈액실(12)(즉, 유체 유입실)과 제 2 유체 또는 열교환 유체실(13)(즉, 유체 유출실)과 연통을 하지 않는 독립적인 공간이다. 또한 이 공간(15)을 둘러싸고 있는 하우징(2)의 일부에는 이 공간을 주위 대기와 연통하여 주는 연통공(16)이 개구되어 있다.
즉, 격벽(4 또는 5)이 용융접합 되어있는 하우징 부분에는 하우징의 중간부로부터 하우징 단부까지 축방향으로 신장되는 환형 돌출부(17 또는 18)가 형성되어 있다. 환언하면, 하우징의 단부는 2개의 부분 즉, 환형단부 및 그의 반경 방향 내측의 환형 돌출부로 분기된다. 이때 격벽(4 또는 5)은 상기 돌출부(17 또는 18)가 격벽에 의해 부분적으로 둘러싸이도록 하우징(2)에 고착된다. 또한 공간(15)은 돌출부(17 또는 18)의 반경방향 외측면, 하우징(2)의 환형단부의 반경방향 내측면 및 돌출부(17 또는 18)와 하우징(2)의 환형단부 사이에 위치된 격벽(4 또는 5)의 축방향 내부면(4a 또는 5a) 에 의해 형성된다.
하우징(2)의 환형단부에는 공간(15)을 주위 대기로 연통시키는 연통공(16)이 뚫려져 있다. 공간을 형성하는 하우징 단부에는 적어도 1개의 연통공(16)만 뚫려져 있어도 충분하나, 다수의 구멍을 형성하는 것이 바람직하다. 제 1 도의 선 X-X에 따른 단면도인 제 2 도의 실시예의 경우에는 2개의 연통공(16)이 형성되어 있지만, 통상 2∼16개의 연통공이 형성된다. 또한 연통공(16)은 하우징(2)의 강도를 상당히 저하시키지 않는한, 어떠한 크기 및 형상이라도 좋다.
예를 들어, 연통공(16)은 1∼10mm의 직경을 갖는 원형단면의 개구부로 할 수 있다. 또한 연통공(16)은 그것이 공간(15)과 연통하는 한 어떤 위치에 형성해도 무방하다. 그러나 열교환장치의 작동시 공간(15)내로 유입되는 어떠한 열교환용 유체도 용이하게 배출되도록 하우징의 저부에 설치하는 것이 바람직하다.
공간(15)과 연통공(16)을 설치함으로써, 격벽(4 또는 5)이 하우징(2)과의 접합부로부터 분리되어 그 사이에 간극을 형성하더라도 열교환용 유체는 간극을 통하여 환상공간(15)을 거쳐 연통공(16)을 통하여 외부로 배출되며 그에 따라 열교환 유체가 혈액실(12)내로 유입되어 것이 방지된다.
제 1 도 에서 보는 바와 같이, 격벽이 접속되는 하우징(2)의 단부는 중간부보다 더 큰 직경을 갖도록 신장 되는 환형 스커트부로서 형성하는 것이 바람직하다. 이 경우, 환형 돌출부(17 또는 18)는 중간부로터 축방향으로 곧게 신장된다. 즉, 하우징(2)의 분기된 단부는 스커트부와 일직선의 돌출부로 구성된다. 격벽(4 또는 5)의 스커트부의 단면을 통하여 신장되는 돌출부(17 또는 18)의 일부가 격벽에 의해 둘러싸이도록 형성되어 있다. 공간(15)은 돌출부(17 또는 18)의 반경방향 외측면, 환형 스커트부 사이에 위치된 격벽의 축방향 내부면(4a 또는 5a)에 의해 형성된다. 돌출부(17 또는 18)의 축방향 자유단부는 격벽(4 또는 5)내에 위치시키는 것이 바람직하다. 또한 연통공(16)은 하우징의 스커트부에 형성된다. 하우징과 격벽을 이렇게 설계함으로써, 환상공간(15)을 용이하게 형성할 수 있다. 바람직한 태양예에서 돌출부(17 또는 18)의 축방향 말단부는 격벽(4 또는 5)내에 위치시킴으로서, 열교환장치의 작동시 장치에 충격이 가해지더라도, 돌출부로 전달된 충격이 격벽에 의해 흡수되어, 돌출부의 말단부가 격벽으로부터 분리되는 것이 방지된다. 그에 따라 혈액실(12)내에 혈액이 공간(15)을 통하여 연통공(16)밖으로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
열교환 유체 도입구(8)와 배출구(9)는 상기 도시된 태양예에서와 같이 하우징(2)에 설치되어 있지만, 본 발명의 열교환장치는 이러한 구조로 한정되는 것은 아니다. 즉, 격벽이 하우징의 극단부에 위치될 수도 있다. 하우징의 한 단부는 열교환 유체 도입관을 갖는 유체 입구캡으로 덮여져, 격벽과 함께 제 2 유체실과 연통하는 외부실을 형성한다. 또한 하우징의 다른 단부는 열교환 유체 배출구를 작는 유체 출구캡으로 덮여져, 다른 격벽과 함께 제 2 유체실(13)과 연통하는 다른 외부실을 형성하다. 이들 캡들은 조입고리에 의하거나 접착재 또는 고주파 가열 시일링 및 초음파 시일링 등의 용융접합 또는 기계식 스너그(sung) 결합장치에 의해 하우징 단부에 부착된다.
전술한 실시예의 열교환장치에서는, 열교환용 유체가 열교환용 관체의 내부를 통하여 유동하고, 혈액은 하우징과 열교환용 관체 사이에 형성된 제 1 유체실을 통하여 유동하는 형식으로 되어 있다. 그러나 이와 반대로, 혈액이 열교환용 관체의 내부를 통하여 유동하고, 열교환용 유체는 하우징과 열교환용 관체 사이에 형성된 제 1 유체실을 통하여 유동하는 형식의 열교환장치도 가능하다. 후자의 경우, 격벽이 하우징으로부터 분리되어 간극이 생길 경우, 혈액이 공간부로부터 연통공을 통하여 배출하게 된다. 따라서 격벽과 하우징 사이에서의 어떠한 분리현상도 용이하게 발견하는 것이 가능하다. 또, 열교환장치를 교체하기에 앞서, 열교환장치에 접속된 관체는 클램프로 죄어진다.
본 발명의 열교환장치에 있어서의 열교환 과정을 제 1 도를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다. 열교환장치의 혈액 유입구(6)(제 1 유체 유입구)로부터 유입한 혈액은, 하우징(2)과 열교환용 관체(3)와의 사이에 의해 형성된 혈액실(12)(제 1 유체실)을 지나고, 열교환용 유체는 유체 도입구(8)(제 2 유체 유입구)로부터 열교환용 관체(3)의 내부를 유통한다. 하우징(2)과 열교환용 관체(3)와의 사이에 의해 형성된 혈액실(12)(제 1 유체실)에 유입한 혈액(제 1 유체)은, 열교환용 관체(3)의 외표면에 접촉하고, 열교환용 관체(3)의 내부를 흐르는 제 2 유체(열교환용 유체, 구체적으로 온수 또는 냉수)에 의해 가온되거나 냉각되고, 혈액 유출구(7)(제 1 유체 유출구)로부터 유출한다.
그리하여 이러한 열교환기에는 하우징(2)의 양단부에 형성된 돌출부(17,18)의 외면과 하우징(2)의 돌출부(17,18)부근의 내면과 각각의 돌출부(17,18)의 외면과 하우징(2)의 돌출부(17,18)부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽(4,5)의 내면과에 의해, 하우징(2)의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레에 걸쳐 각각 존재하면서, 제 1 유체실(혈액실 12) 및 제 2 유체실(열교환용 관체(3)의 내부)과 연통하지 않는 독립된 각각의 환상공간(15,15)이 설치되어 있고, 또한 하우징(2)에는 이러한 공간(15,15)와 외부를 연통하는 연통공(16,16)이 설치되어 있다.
이 때문에, 하우징(2)과 격벽(4,5)과의 접촉부에 박리가 생기더라도 격벽(4,5)의 외표면과 덮개(10,11)와의 사이에 형성되는 공간에 존재하는 제 2 유체(열교환용 유체)는 하우징(2)과 격벽(4,5)과의 박리부분(유체의 통로로 된다 )을 지나 환상공간(15,15)에 유입하고 연통공(16,16)으로부터 외부로 유출한다.
따라서, 하우징(2)과 격벽(4,5)과의 접촉부에 박리가 생기더라도 열교환용 유체는 혈액실(12)의 내부로 유입하는 일이 없다. 또한 연통공(16,16)으로부터 유출하는 유체에 의해 격벽(4,5)과 하우징(2)과의 사이에 박리가 생긴 것을 용이하게 발견할 수가 있다.
본 별명과 같은 환상공간(15,15)이 존재하지 않는 열교환장치에서는 하우징(2)과 격벽(4,5)과의 접촉부에 박리가 생긴 경우, 격벽(4,5)의 외표면과 덮개(10,11)와의 사이 형성되는 공간에 존재하는 제 2 유체(열교환용 유체)는 하우징(2)과 격벽(4,5)과의 박리부분(유체의 통로로 된다)을 지나 직접 혈액실(12)의 내부로 유입되어 버린다.
이제 제 3 도에서 보는 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예로서 인공폐 또는산소 처리기(oxygenator)에 적용되는 물질교환장치에 대하여 설명하기로 한다.
참고부토(20)로 표기된 인공폐는 제 3 도에서 보는 바와 같이 통상직립위치로 작동된다. 인공폐(20)는 원통형 하우징(22)과, 이 하우징내에 수용되는 가수교환 중공섬유막(23)을 구비한다. 각 섬유는 중공의 관형박막(membrane)으로서, 이 박막을 통하여 물질이 교환된다. 또한 중공섬유막의 양단부를 방수상태로 하우징(22)에 고착시키는 격벽(24 및 25)이 하우징의 양 개방단부에 배치되어 있다. 이 격벽(24 및 25)은 하우징(22)의 내부를 하우징의 내벽과 중공섬유(23)의 외벽에 의해 형성된 제 1 유체 또는 혈액(32)과 중공섬유(23)의 관강에 의해 형성된 제 2 유체 또는 가스실로 구분한다. 또한 하우징(22)에는 혈액실(32)과 연통하는 제 1 유체 또는 혈액 유입구(26)와 제1유체 4또는 혈액 유출구(27)가 설치되어 있다.
격벽(24)이 고착되는 하우징(22)의 상단부에는 제 2 유체 또는 가스 도입구(28)를 갖는 가스 입구캡(30)이 덮여 있다. 격벽(24)의 외부면과 가스 입구캡(30)의 내부면 사이에는 가스실 또는 중공섬유(23)의 관강과 연통하는 가스 입구실(33)이 형성되어 있다. 이와 유사하게, 격벽(25)이 고착된 하우징(22)의 하단부에는 제 2 유체 또는 가스 배출구(29)를 갖는 가스 출구캡(31)이 덮여 있다. 격벽(25)의 외부면과 가스 출구캡(31)의 내부면 사이에는 가스실 또는 중공섬유(23)의 관강과 연통하는 가스 출구실(34)이 형성되어 있다.
중공 섬유의 외부로 혈액을 유동시키는 형식의 인공폐 폐를 통과하는 혈액의 압력강하가 작기 때문에 혈액 순화계중 폐의 상류에 혈액 공급용 펌프를 설치하지 않고도 환자신체로부터의 중력 낙차만으로 혈액을 인공폐를 통해 유동시킬 수 있는 잇점이 있다.
각 중공섬유(23)는 다공질의 박막으로 이루어지며, 이 다공질의 박막은 내경이 약 100∼ 1,000㎛, 벽두께가 약 5 ∼200㎛(바람직하기는 약 10 ∼100㎛)이며, 약 20 ∼80%(바람직하기는 약 30∼ 60%)의 다공질부를 갖는 관형상으로, 여기서 각 다공의 직경은 약 0.01∼ 5㎛(바람직하기는 약 0.01∼ 1㎛)를 갖는다. 이다공질 박막의 재질로는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리설폰, 폴리아크릴로니트릴, 폴리테트라플루오르에틸렌 및 셀룰로스 아세테이트 등의 소수성 중합체성 물질을 들 수 있다. 바람직한 다공질 박막은 폴리올레핀계 수지류, 특히 폴리프로필렌으로 제조된다. 또한 그러한 수지로 제조된 박막의 벽에 다공을 형성하기 위해서는 연신법 또는 고액상 분리기술을 이용하는 것이 바람직하다.
원통형 하우징(22)은 예를 들어 폴리카아본네이트, 아크릴-스티렌 공중합체 또는 아크릴-부틸렌-스티렌 공중합체로부터 형성된다. 하우징(22)을 투명하게 할 경우, 내부를 용이하게 관찰할 수 있기 때문에, 하우징은 원통형으로 투명하게 하는 것이 바람직하다.
하우징(22)내에는 다수의, 예를 들면 약 5,000∼100,000본의 축방향으로 평행하게 신장하는 중공섬유(23)가 수용되어 있다. 중공섬유(23)의 양단부가 격벽(24 및 25)외부로 개방되도록 중공섬유막(23)은 양 격벽(24 및 25)에 의해 하우징(22)의 양단부에 방수 상태로 고착되어 있다. 격벽(24 및 25)은 폴리우레탄 또는 실리콘 고무를 기본으로 한 포팅 조성물로 제작된다. 격벽(24 및 25)사이의 하우징(22)내부는 중공섬유막(23)내부에 형성되는 가스실과, 중공섬유막(23)외부에 형성되는 혈액실(32)로 구분된다.
하우징(22)의 상하단부에는 가스 도입구(28)를 갖는 가스 입구캡(3)과, 가스 배출구(29)를 갖는 가스 출구캡(31)이 덮여 있다. 이들 캡을 초음파 시일링, 고주파 가열 시일링 및 유도가열 시일링 등의 용융접합 또는 접착재 도는 기계적 결합장치에 의해 하우징 단부에 고착된다. 또한 조임고리(도시안됨)을 사용하여 캡을 하우징 단부에 고착시킬 수도 있다.
인공폐(20)는 격벽(24 또는 25)의 내부벽의 반경방향 외측 구역(24a 또는 25a)과, 하우징(22)의 내벽에 의해 형성되는 한상공간(35)을 구비한다. 이 환상공간(35)은 혈액실(32)과 가스실(가스 입구실(33)과 가스출구실(34)을 포함)과 연통하지 있는 독립공간이다. 또한 하우징(22)에는 환상공간(35)을 주위 대기에 연통 시키는 연통공(36)이 형성되어 있다.
즉, 격벽(24 또는 25)이 일체로 용융접합되어 있는 하우징(22)부분에는 하우징의 중간부로부터 하우징의 단부를 향하여 축방향으로 신장되는 환형 돌출부(37 또는 38)가 형성되어 있다. 환원하면, 하우징의 단부는 2개 부분 즉, 환형단부와 그의 내부의 반경방향의 환형 돌출부로 분기된다. 격벽(24 또는 25)은 돌출부(37 또는 38)의 일부를 둘러 싸도록 하우징에 고착되어 있다. 그에 따라, 돌출부(37 또는 38)의 반경방향 외측면과, 하우징(22)의 환형단부의 반경방향 내측면 및 돌출부(37또는 38)와 하우징(22)의 환형단부 사이에 위치하는 격벽(24 또는 25)의 축방향 내부면(24a 또는 25a)에 의해 공간(35)이 형성된다. 하우징(22)의 환형단부에는 공간(35)을 주위 대기에 연통하는 연통공(36)이 뚫려져 있다.
공간(35)과 연통공(36)을 설치함으로써, 격벽(24 또는 25)이 하우징(22)과의 접합부로부터 분리되어 간극이 생긴 경우라도, 산소함유가스가 가스 도입구(28)로부터 간극을 통하여 환상공간(35)을 거쳐 연통공(36)을 통하여 외부에 배출되며, 그에 따라 산소함유가스가 혈액실(32)내로 유입되는 것이 방지된다.
제 3 도에서 보는 바와 같이, 격벽이 접속되는 하우징(22)의 단부는 중간부보다 더 큰 직경을 갖고 신장하는 환형 스커트부로서 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우 환형 돌출부(37 또는 38)는 중간부로부터 축방향으로 곧게 신장된다. 즉, 하우징(22)의 분기된 단부는 스커트부와 일직선의 돌출부로 구성된다. 격벽(24 또는 25)은 스커트부의 단면을 통하여 신장되는 돌출부(37 또는 38)의 일부가 격벽에 의해 둘러 싸이도록 형성되어 있다. 공간(35)은 돌출부(37 또는 38)의 반경방향 외측면, 환형 스커트부의 반경방향 내측면 및 돌출부(37 또는 38)의 환형스커트부 사이에 위치된 격벽(24 또는 25)의 축방향 내부면(25a 또는 25a)에 의해 형성된다. 돌출부(37 또는 38)의 축방향 자유단부는 격벽(24 또는 25)내에 위치시키는 것이 바람직하다. 또한 하우징(22)의 스커트부에는 연통공(36)이 형성되어 있다. 하우징과 격벽을 이렇게 설치함으로써, 환상공간(35)을 용이하게 형성할 수 있다. 바람직한 태양예에서 돌출부(37 또는 38)의 축방향 말단부를 격벽(24 또는 25)내에 위치시킴으로서, 물질교환장치의 작동시 인공폐에 충격이 가해지더라도 돌출부로 전달된 충격이 흡수되어, 돌출부의 말단부가 격벽으로부터 분리되지 않게 된다. 따라서 혈액실(32)내의 혈액이 공간(35)을 통하여 연통공(36)밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 실시예에 있어서, 인공폐의 하우징에는 가스 도입구와 출구측의 격벽과 공히 관련된 환상공간이 구비되어 있다. 그러나 인공폐가 제 3 도에서 보는 바와 같이 직립상태로 사용될 경우, 정부 격벽과 관련된 환상공간을 형성하고, 저부 격벽측의 환상공간은 형성하지 않아도 된다. 하지만 양 격벽에 환상공간을 형성하는 것이 바람직하다.
전술한 태양예 형식의 인공폐의 경우, 가스가 중공섬유의 내부를 통하여 유동하고, 혈액은 중공섬유막과 하우징 사이에 형성된 제 1 유체실을 통하여 유동하고 있다. 그러나 본 발명은 이러한 형식에만 한정되지 않고, 혈액이 중공섬유막의 내부를 통하여 유동하고, 가스는 중공섬유막과 하우징 사이에 형성된 제 1 유체실을 통하여 유동한 형식으로 해도 좋다. 후자의 경우, 격벽이 하우징으로부터 분리되어 그 사이에 간극이 생길 경우, 혈액이 공간으로부터 연통공을 통하여 배출하게 된다. 또한 격벽과 하우징 사이에 분리현상을 용이하게 발견할 수 있다. 인공폐에 접속된 관체는 인공폐를 교체하기 전에 클램프로 죄어진다.
본 발명의 물질교환장치에 있어서의 물질교환 과정을 제 3 도를 사용하여 더욱 상세하게 설명한다.
물질교환장치가, 예를들면 인공폐라면 인공폐(20)의 혈액 유입구(26)(제 1 유체 유입구)로부터 유입한 혈액은 하우징(22)과 가스 교환용 중공섬유막(23)과의 사이에 의해 형성된 혈액실(32)(제 1 유체실)내로 유입한다. 또한 가스 도입구(28)(제 2 유체 유입구)로부터, 유입한 산소함유가스는 중공섬유막(23)내를 유통한다. 그리하여 혈액은 중공섬유막(23)에 접촉하고, 혈액중의 이산화탄소가 제거되고 산소가 첨가되어 혈액중의 가스 교환이 행하여 진다.
그리하여 이러한 인공폐는 하우징(22)의 양단부에 형성된 돌출부(37,38)의 외면과 하우징(22)의 돌출부(37,38)부근의 내면과 각각의 돌출부(37,38)의 외면과 하우징(22)의 돌출부(37,38)부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽(24,25)의 내면과에 의해 하우징(22)의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레 걸쳐 각각 존재하면서, 제 1 유체실(혈액실 32) 및 제 2 유체실(중공섬유막(23)의 내부)과 연통하지 않는 독립된 각각의 환상공간(35,35)이 설치되어 있고, 또한 하우징(22)에는 이러한 공간(35,35)과 외부를 연통하는 연통공(36,36)이 설치되어 있다.
이 때문에, 하우징(22)과 격벽(24,25)과의 접촉부에 박리가 생기더라도 격벽(24,25)의 외표면과 유체포트와의 사이에 형성되는 공간에 존재하는 제 2 유체(산소함유가스)는 하우징(22)과 격벽(24,25)과의 박리부분(유체통로로 된다)을 지나 환상공간(35,35)에 유입하고, 연통공(36,36)으로부터 외부로 유출한다.
따라서, 하우징(22)과 격벽(24,25)과의 접촉부에 박리가 생기더라도 산소함유가스는 혈액실(32)의 내부로 유입하는 일이 없다. 또한 연통공(36,36)으로부터 유출하는 유체에 의해 격벽(24,25)과 하우징(22)과의 사이에 박리가 생긴 것을 용이하게 별견할 수도 있다.
본 발명과 같은 환상공간(35,35)이 존재하지 않는 물질교환장치에서는 하우징(22)과 격벽(24,25)과의 접촉부에 박리가 생긴 경우, 격벽(24,25)의 외표면과 유체포트와의 사이에 형성되는 공간에 존재하는 제 2 유체 (산소함유가스)는 하우징(22)과 격벽(24,25) 과의 박리부분(유체의 통로로 된다)을 지나 직접 혈액실(32)의 내부로 유입되어 버린다.
본 발명의 물질교환장치를 인공폐에 적용되는 것으로서 설명하였지만, 이 교환장치는 인공신장 등의 기타의 인공 조직체에도 적용될 수 있다. 본 발명의 물질교환장치로 인공신장에 적용할 경우, 물질교환 관체는 재생된 셀룰로스(큐프라모늄 셀루로스와 아세테이트 셀룰로스 등)와 풀리비닐 알코올의 중공섬유막인 투석성 중공섬유막이다. 나머지 장치의 형상과 구조는 인공폐 실시예의 것과 거의 동일하다.
본 발명의 열 또는 물질교환장치는 체외순환계중에 설치된다. 예를 들어, 내부에 열교환장치(제 1 도에서 보는 바와 같은)가 조합되어 있는 순환계에 있어서, 혈액은 혈액 유입구(6)로부터 열교환장치로 유입하여, 하우징(2)과 열교환용 관체(3)사이에 형성된 혈액실(12)을 통하여 유동하는 반면, 열교환용 유체는 유체도입구(8)로부터 열교환장치로 유입하여, 열교환용 관체(3)의 관강을 통하여 유동한다. 혈액이 혈액실(12)을 통하여 유동할 때 그것은 열교환용 관체(3)와 관강을 통하여 유동한다. 혈액이 혈액실(12)을 통하여 유동할 때, 그것은 열교환용 관체(3)와 접촉하게 되며, 관체(3)내를 유동하는 유체의 온도에 따라 가열 또는 냉각된다. 이렇게 가열 또는 냉각된 혈액은 혈액 유출구(7)를 통하여 열교환장치 밖으로 유출한다. 통상적으로 혈액은 분당 약 1∼6리터의 유량으로 열교환장치를 통하여 유동하는 반면, 열교환용 유체, 일반적으로 온수 또는 냉수는 분당 약 5∼20리터의 유량으로 유동한다. 따라서 열교호나용 유체쪽이 더 높은 압력하게 있게 된다.
열교환장치에는 격벽(4,5)의 내부벽의 반경방향 외측구역(4a,5a)과 하우징(2)의 내벽 사이에 형성되나 혈액실(12)과는 연통하지 않는 환상공간(15)과, 이 공간(15)을 주위 대기에 연통하여 주는 연통공(16)이 형성되어 있다. 격벽(4 또는 5)이 하우징(2)에서 분리되더라도, 열교환용 유체는 격벽(4 또는 5)과 하우징(2)사이의 간극을 통하여 환상공간(15)으로 유입하여 핼액실(12)로 유입함이 없이 연통공(16)을 통하여 밖으로 배출된다. 또한 격벽(4 또는 5)과 하우징(2)사이에서 일어나는 어떠한 분리현상도 용이하게 발견할 수 있어, 적절한 시간내에 열교환장치를 교체할 수 있다.
제 3 도에서 보는 바와 같이, 물질교환장치가 인공폐에 적용될 경우, 혈액은 혈액 유입구(26)로부터 인공폐로 유입하여, 하우징(22)과 가스 교환 중공 섬유막(23) 사이에 형성된 혈액실(32)을 통하여 유동하는 반면, 산소함유가스는 가스 도입구(28)로부터 인공폐로 유입하여, 중공섬유(23)의 관강을 통하여 유동한다. 혈액이 혈액실(32)를 통하여 유동할 때, 그것은 가스 교환 중공섬유막(23)와 접촉하게 되며, 이 중공섬유막(23)를 통하여 혈액으로부터 이산화탄소가 제거되고, 산소가 혈액에 추가된다. 산소처리된 혈액은 이어서 혈액 유출구(27)를 통하여 인공폐 밖으로 유출한다.
인공폐(20)에는 격벽(24,25)의 내부벽의 반경방향 외측구역(24a,25a)과 하우징(22)의 내벽 사이에 형성 되나 혈액실(32)과는 연통하지 않는 환상공간(35)과, 이 공간(35)을 주위 대기에 연통하여 주는 연통공(36)이 형성되어 있다. 격벽(23 또는 25)이 하우징(22)에서 분리되더라도, 산소함유가스는 격벽(24 또는 25)이 하우징(22)사이의 간극을 통하여 환상공간(35)으로 유입하여, 혈액실(32)로 유입함이 없이 연통공(36)을 통하여 배출된다. 또한 격벽(24 또는 25)과 하우징(22)사이에 일어나는 어떠한 분리현상도 용이하게 발견할 수 있어, 적절한 시간내에 인공폐를 교체하는 것이 가능하다.
전술한 구조의 열 또는 물질교환장치의 경우, 격벽이 하우징으로부터 분리되어 그 사이에 간극 또는 틈새를 형성하더라도, 제 2 유체는 간극을 통하여 환상공간으로 유입되어, 연통공을 통하여 밖으로 배출된다. 따라서 제 2 유체가 제 1 유체실로 유입될 위험없이 열교환장치를 안전하게 작동할 수 있다. 또한 제 2 유체의 배출로 인하여, 격벽과 하우징 사이의 분리현상을 신속히 발견할 수 있다.
하우징의 단부가 좀더 큰 직경을 갖는 환형 스커트부와, 환상 돌출부로 분기되는 바람직한 태양예에서는, 환상공간이 돌출부의 외측면, 스커트부의 내측면 및 돌출부와 하우징의 스커트부 사이에 위치하는 격벽의 내부면에 의해 용이하게 형성되는 이점이있다. 가급적 돌출부의 말단부는 격벽내에 위치시킨다. 따라서 하우징에 돌발적인 충격이 가해지더라도 돌출부로 전달된 충격의 성분은 격벽에 의해 흡수되며, 그에 따라 돌출부가 격벽으로부터 분리하는 위험을 제거할 수 있다.
Claims (9)
- 제 1 유체 유입구 및 제 2 유체 유출구를 갖는 원통형의 하우징과 원통형 하우징내에 수용된 열교환용 관체, 열교환용 관체의 양단부를 원통형 하우징의 양단부에 방수상태로 고정시키고, 하우징 내부를 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구와 연통하는 제 1 유체실과 교환용 관체내에 형성된 제 2 유체실로 구획하는 각각의 격벽 및 제 2 유체실에 연통하는 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구를 갖는 열교환장치에서, 상기 하우징은 하우징의 양단부의 내부로부터 하우징의 각각의 단부방향으로 돌출하는 하우징의 양단부에 형성된 환상 돌출부를 갖고 있으며, 상기 각각의 격벽은 양단부에 형성된 각각의 돌출부의 단부가 격벽내에 위치하도록 하우징의 양단부에 고착되어 있으며, 이러한 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면, 및 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽의 내면에 의하여, 하우징의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레에 걸쳐 각각 존재하며 제 1 유체실과 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립한 각각의 공간, 및 이러한 각각의 공간과 외부공간을 연통하는 하우징에 설치된 각각의 연통공을 갖는 것을 특징으로 하는 열교환장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구는 혈액 유입구 및 혈액 유출구이며, 상기 제 1 유체실은 혈액실이며, 상기 제 2 유체실은 열교환용 유체실이며, 상기 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구는 열교환용 유체 도입구 및 유체 배출구인 열교환장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 하우징에서 격벽 설치부분은 직경 확대부분으로 되어 있으며, 이러한 직경 확대부분의 내부에는 하우징의 단부방향으로 돌출하는 환상 돌출부가 설치되어 있으며, 격벽은 이러한 돌출부가 포함하도록 직경 확대부분에 고착되어 있고, 제 1 유체실 및 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립된 공간은 돌출부의 외면과 직경 확대부분의 내면 및 돌출부의 외면과 직경 확대부분과의 사이에 위치하는 격벽의 내면에 의해 형성되어 있는 것인 열교환장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열교환용 관체가 다수의 열교환용 세관에 의해 형성되어 있는 것인 열교환용 관체.
- 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구를 갖는 원통형의 하우징과, 원통형 하우징내에 수용된 물질교환용 관체, 물질교환용 관체의 양단부를 원통형 하우징의 양단부에 방수상태로 고정시키고, 하우징 내부를 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구와 연통하는 제 1 유체실과 교환용 관체내에 형성된 제 2 유체실로 구획하는 각각의 격벽, 및 제 2 유체실에 연통하는 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구를 갖는 물질교환장치에서, 상기 하우징은 하우징의 양단부의 내부로부터 하우징의 각각의 단부방향으로 돌출하는 하우징의 양단부에 위치하도록 하우징의 양단부에 고착되어 있으며, 이러한 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면, 및 각각의 돌출부의 외면과 하우징의 돌출부 부근의 내면과의 사이에 위치하는 각각의 격벽의 내면에 의하여, 하우징의 양단부에 형성되고, 하우징의 양단부의 전둘레에 걸쳐 각각 존재하며 제 1 유체실과 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립한 각각의 공간 및 이러한 각각의 공간과 외부공간을 연통하는 하우징에 설치된 각각의 연통공을 갖는 것을 특징으로 하는 물질교환장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 유체 유입구 및 제 1 유체 유출구는 혈액 유입구 및 혈액 유출구이며, 상기 제 1 유체실은 혈액실이며, 상기 제 2 유체실은 물질교환용 유체실이며, 상기 제 2 유체 도입구 및 제 2 유체 배출구는 물질교환용 유체 도입구 및 유체 배출구인 물질교환장치.
- 제 5항에 있어서, 상기 하우징에서 격벽 설치부분은 직경 확대부분으로 되어 있으며, 이러한 직경 확대 부분의 내부에는 하우징의 단부방향으로 돌출하는 환상돌출부가 설치되어 있으며, 격벽은 이러한 돌출부가 포함하도록 직경 확대부분에 고착되어 있고, 제 1 유체실 및 제 2 유체실과 연통하지 않는 독립된 공간은 돌출부의 외면과 직경 확대부분의 내면, 및 돌출부의 외면과 직경 확대부분과의 사이에 위치하는 격벽의 내면에 의해 형성되어 있는 것인 물질교환장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 물질교환용 관체가 다수의 물질교환용 세관에 의해 형성되어 있는 것인 열교환용 관체.
- 제 5 항에 있어서, 상기 물질교환용 관체가 가스 교환용 중공섬유막이며, 상기 물질교환장치가 인공폐인 물질교환장치.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 19950503 Year of fee payment: 5 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |