WO1995002425A1 - Refroidisseur de poches refrigerees de plasma sanguin - Google Patents

Description

明 細 書

血漿冷却バッグ用冷却器

技 術 分 野

本発明は血漿冷却バッ グ、 特にク ライオフィ ル ト レー シヨ ンの実施に際し、 血漿ライ ンの途中に設置されて血 漿冷却部を構成する血漿冷却バッ グの冷却に適用 して有 用な冷却器に関する。

背 景 技 術

クライオフィル ト レーシヨ ンとは、 患者の血液から分 離した血漿を冷却し、 生じるゲル状物質 （病原物質） を 濾別する治療法であり、 リ ゥマチ患者などに効果がある ので注目されている。 クライオフィルト レーシ ヨ ンを図 7にもとづき説明すると、 血液はその供給源から血液ポ ンプ aの作動をして血液供給ライ ン bを通じ 1次フィ ル タ c に送られ、 こ こで血球と血漿とに分離され、 分離血 球は、 下記の浄化血漿と再混合するために、 血球返送ラ イ ン d側に送られる。 一方血漿は血漿ポンプ eの作動を して血漿ライ ン f から該ライ ン f 上の冷却部 gをへて 2 次フィ ルタ h内に送られ、 ここで濾過される。 血漿は上 記冷却部 gで 4 °C程度まで冷却され、 この冷却で生成し た高分子量物質のクライオゲルは、 2次フィ ル夕での濾 過処理により血漿中から除去される。 2次フィ ル夕より の濾液即ち浄化血漿は浄化血漿返送ライ ン i をへて返送 されつつ先の 1次フィ ルタ c よりの返送血球と再混合さ れ、 その後加温バッグ j で当初の液温まで加温されつつ、 供給源に再び戻される。

近時、 冷却部 gに於て血漿を冷却する方法と して、 冷 却部 gを使い捨て可能な血漿冷却バッグ k (図 1参照） から構成し、 該バッグ k内のジグザグ通路 1 中を血漿が 通過する間に、 冷媒 （不凍液など） 循環方式の恒温槽を 適用して血漿冷却を行うという方法が提案されているが、 これは次の通りの問題点があった。

( 1 ) 温度制御が困難である…温度を一定に保つのが容 易でない。 また、 設定温度に達するまでに時間がか かる。 更に、 冷媒を目的温度より通常 5 ^DC程度低く するので、 血漿の循環を一時停止した時に血漿が過 冷却される。

( 2 ) 装置が大型化する…恒温槽は小型化が難しい。 そ のため、 血漿冷却濾過装置全体が大型化し、 移動が 困難になる。

( 3 ) 汚染、 故障しやすい…冷媒の飛散により作業者や 周囲が濡れたり、 装置に冷媒がかかって故障の原因 になったりする。

また上記恒温槽に代わる冷却手段と して、 電子冷却ュ ニッ トを組込んだ冷却器を用いることが試案されている

(米国特許第 4 8 7 2 9 7 8号） 。 この冷却手段によれ ば恒温槽の問題点 （ 1 ) 〜 （ 3 ) を解消できる。 しかし、 試案の装置は血漿を 2次フィ ルタの手前の容器で一時貯 留し、 該容器を冷却するものであるので、 該容器の分だ け小型化できずプライ ミ ングボリ ュームが増えてしま う という欠点を有する。 そのうえ、 電子冷却ュニッ 卜の配 置等については全く 考慮されていないので、 貯留された 血漿を冷却する場合はまだしも、 流動する血漿を冷却す るのには適さない。 即ち、 試案の装置をそのまま血漿冷 却バッ グに適用 した場合、 冷却能力が低いため、 設定温 度に達するまでに時間がかかり、 また設定温度の維持が 困難である。 例えば体温付近の血漿を 3 Ό m 1 Z分程度 の流速で流した場合、 4 °Cまでの冷却は実質不可能であ つた。 そのために例えば、 放熱フ ィ ンゃ放熱フ ア ンを大 型化する、 電子冷却ュニッ トの使用数を増やす、 放熱部 を水冷方式にする、 血漿冷却バッグの通路を長く する等 の対策が必要となる、 しかしながら之等の対策により、 ( a ) 装置を小型化できない、 （b ) コス トが高く なる、 ( c ) 装置の移動が困難となる、 （ d ) プライ ミ ングボ リ ユ ームが增える等の問題が新たに生じ、 実用化へは程 遠いものとなる。 —方、 米国特許第 3 3 9 9 5 3 6号では、 電子冷却ュ ニッ トを用いた外科手術時用の血液温度を変化させる機 器が提案されている。 しかしながら、 これは本発明とは 全く 目的が異なるものであり、 クライオフィ ル ト レーシ ョ ンのための高度な冷却能力を発揮させる工夫は何もさ れていない。 従って、 これをそのまま血漿冷却バッ グに 適用する場合、 やはり上記と同様の問題が生じてしまい、 実用できない。

発明の開示

本発明の主たる目的は、 電子冷却方式の冷却器にみら れる上記問題点 （ a ) 〜 （ d ) を一掃し、 小型にして性 能のよいこの種冷却器を提供するにある。

本発明のその他の特徴は、 以下の記載により明らかに する。

本発明は、 冷却板と放熱板との間に多数の電子冷却ュ ニッ トを分散状に配し、 冷却板で血漿冷却バッ グの冷却 を行い、 放熱板からは、 該放熱板に備えた放熱フィ ン並 びに該フィ ンに送風する放熱フ ァ ンとにより放熱を行う 冷却器に於て、

( i ) 冷却板と放熱板との間に少な く とも 5 m mの間隔 が設けられ、

( i i ) 電子冷却ュニッ 卜の吸熱側は熱伝導性プロ ッ クを 介し冷却板に連接され放熱側は直接放熱板に連接さ れるか、 或いは電子冷却ュニッ 卜の吸熱側は直接冷 却板に連接され放熱側は熱伝導性ブロ ッ クを介し放 熱板に連接され、

( i ii)冷却板と放熱板との間の空隙部内に、 断熱材が充 填されている、

こ とを特徴とする血漿冷却バッ グ用冷却器を提供する も のである。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の 1実施例を概略的に示す斜視図であ る o

図 2 は、 同、 中央縦断面図である。

図 3 は、 本発明に於ける電子冷却ュニッ 卜の配置状況 の説明図である。

図 4 は、 比較装置の概略図である。

図 5 は、 比較装置に於ける電子冷却ュニッ 卜の配置状 況を示す説明図である。

図 6は、 冷却効率比較試験の結果を示すグラフである。 図 7は、 クライオフィルトレーシヨ ンの説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の 1実施例を添付図面にもとづき説明す ると、 次の通りである。 本発明冷却器の構成を、 図 1 に概略的に示す見取り図 を参照しつつ、 図 2 に示す縦断面図にもとづき説明する と次の通りである。

本発明冷却器に於いて、 冷却板 1 は熱伝導性のよい金 属、 例えばアルミ ニウム製であり、 通常 5 m m程度の肉 厚のものが用いられる。 材質、 肉厚は限定的なものでな く 、 適宜選択決定すればよい。

冷却板 1の前面には、 断熱性を有する蓋 2の開閉によ り血漿冷却バッグ kを出し入れできる収容部 3が設けら れ、 収容部 3内の冷却面 1 a には、 内部収容のバッグ k と冷却面 1 a とを略々面接触状態に保持するバッグ固定 用フ ッ ク 4 (図 1参照） が、 例えば上， 下 2個所に左右 1対ずつ設けられている。 この場合バッグ kには、 上端 部と下端部とに、 上記フ ッ ク 4への係止穴 が、 それ ぞれの対応位置に設けられる。 血漿冷却バッグ kは偏平 且つ柔軟で流路 1 の長いものが好ま しい。

収容部 3の側壁を構成する枠部 3 aには、 バッ グ kの 収容状態に於て、 ジグザグ通路 1 の出入口と血漿ライ ン f とを接続しているコネクタ一部 1 , 1 ₂ を受け入れ る凹欠部 5 , 5が設けられ、 これにより断熱蓋 2の閉時 に於てもコネクタ一部 1 < ， 1 ₂ 内に支障なく血漿通路 (図示せず） を確保できる。 断熱蓋 2 は断熱材から形成された本体部 2 a と、 該本 体部 2 a の周側部並びに外面を覆う外被 2 b とから構成 するこ とができる。 尚、 断熱蓋 2 は、 血漿冷却バッ グ k を押さえて冷却面 1 a との密着度を高める役割も有する。

冷却板 1 の前面並びに枠部 3 aの外部露出部には断熱 被覆を施すこ とができ る。 冷却板 1の後面側には、 該板 1から吸熱するための電 子冷却ュニッ ト 6が設置される。

電子冷却ュニッ ト 6はペルチェ効果を電子冷却の原理 と しており、 日本国に所在する株式会社サーモボニッ ク ( Thermovonics) により既に製造販売されており、 市販

□ して入手できる

市販されている電子冷却ュニッ ト 6は一辺の長さが 5 〜 4 O m m程度の正方形又は正方形に比較的近い矩形状 であり、 厚みは 2 . 0〜 4 . 5 m m程度である。

このよ うな電子冷却ュニッ ト 6 は冷却板 1 の後面側に 多数個、 例えば 5〜 1 5個程度が分散して設置される。 上記ュニッ ト 6の設置数、 設置間隔などは、 該ュニッ ト 6の冷却性能や冷却板 1 の大きさなどに応じ、 適宜選択 決定される。 こ こで、 ュニッ 卜の設置数を増やせば当然 冷却能力は上がるが、 装置自体のコス トや消費電力も上 がるので、 ュニッ トの設置数は少ない方がよい。 従って、 電子冷却ュニッ トの性能を最大限に生かすために、 それ らの少な く と も一部を、 放熱板に対し放熱フ ァ ンより送 風される領域内に配置するのが好ま しい。 更に、 該領域 内における電子冷却ュニッ トが占める面積の合計を、 冷 却板の面積の 1 0 %以上、 好ま し く は 1 0〜 2 0 %とす るのが特に好適である。 ちなみに、 冷却板 1 は 3 0 c m (縦） X 2 0 c m (横） 程度の大きさのものが一般的で め 0

電子冷却ュニッ ト 6の吸熱面は、 該吸熱面に整合状態 のもとに重ね合わされた熱伝導性プロ ッ ク 7を介し冷却 板 1の後面に面接触される。

ブロ ッ ク 7 は熱伝導性のよい金属、 例えば銅、 純銀、 アルミ ニウムなどから形成され、 その肉厚は、 電子冷却 ュニッ ト 6の肉厚との和が、 少なく とも 5 mmとなるよ うな範囲から設定される。 例えば上記ュニッ ト 6が 3 m mの場合は、 2〜 4 mm程度の肉厚が適当である。 プロ ッ ク 7の熱伝導率は、 0. 8 c a 1 / c m · s e c · d e g以上が好ま し く 、 と りわけ 0. 9 c a l Z c m * s e c · d e gのものがより好ま しい。

電子冷却ュニッ ト 6の放熱面側に、 該放熱面と直接面 接触する放熱板 8が設置される。 放熱板 8は冷却板 1 と 概ね同形同大であり、 整合伏態のもとに前後に向きあつ ている。

放熱板 8 は後面側に放熱フィ ン 9を備え、 該放熱フ ィ ン 9の トータルの放熱面積は、 冷却板 1の片面の面積の 3倍以上に設定されている。 放熱フィ ン 9の素材につい ても、 上記冷却板 1 やブロ ッ ク 7 と同様に熱伝導性のよ いものが採用される。

電子冷却ュニッ ト 6及びその上に重ね合わされたプロ ッ ク 7 は冷却板 1 と放熱板 8 との間で間隔保持部材と し て機能し、 その トータルの厚みに相当する少な く と も 5 mmの間隔 1 0を両板 1， 8間に形成する。

間隔 1 0のうち、 電子冷却ュニッ ト 6及びブロ ッ ク Ί の周囲の空隙部 1 0 aには、 断熱材 1 1が充填される。 断熱材 1 1 と しては、 断熱性のよい発泡ゥ レタ ンが適当 である。 断熱材 1 1の熱伝導率は、 0. 0 3 k c a l Z m · h r · d e g以下が好ま しく、 とりわけ 0. 0 2 k c a 1 m · h r · d e g以下のものがより好ま しい。 間隔 1 0内に設置された電子冷却ユニッ ト 6 , プロ ッ ク 7及び断熱材 1 1 は、 冷却板 1及び放熱板 8をその周 辺部に於て締付け固定するボル ト · ナツ トなどの締付け 金具により、 両板 1， 8間で挾持固定される。 尚、 締付 け金具からの熱伝導を防ぐために、 断熱用のヮ ッ シャ等 を間に挟むのがよい。 放熱板 8の後面側に放熱フ ァ ン 1 2が設置される。 図 には放熱フ ァ ン 1 2を上下 2個所に設置した場合が示さ れているが、 設置位置、 設置個数などは特に制限されな い。

図 3 は、 放熱フ ァ ン 1 2 , 1 2から風を受ける領域 1 3 , 1 3 と、 電子ユニッ ト 6…の設置位置との関係を示 している。

本発明に於ては、 電子冷却ュニッ ト 6…は、 該ュニッ ト 6の放熱面側からの放熱を効率的に行なうために、 上 記領域 1 3 , 1 3内に配置されていることが好ま しい。 図 3には、 1つの領域 1 3内に上記ユニッ ト 6の 6個を、 円周方向に略々等間隔に配置した場合が示されている。

放熱フ ァ ン 1 2 と しては、 通常開放形の軸流フ ァ ンが 使用され、 この場合領域 1 3は円形となるが、 フ ァ ンの 種類によっては角形の領域であってもよ く 、 要するに風 を受ける領域 1 3内に電子冷却ュニッ 卜 6が配置されて いればよい。

尚、 上記放熱フア ン 1 2は、 冷却板 1の温度に伴つて その回転数を制御することができる。 例えば、 冷却開始 時には高回転で運転し、 温度が定常状態になれば回転を 抑えることにより、 消費電力や騒音を低く できる。 制御 方法と しては、 冷却板 1に温度センサを設置する等の公 知の方法が採用される。

本発明冷却器に於ては、 冷却板 1 と放熱板 8間に少な く と も 5 m mの間隔 1 0が形成され、 且つ間隔 1 0の空 隙部 1 0 a には、 断熱材 1 1が充填されているので、 空 隙部 1 0 a内に於ける両板 1 , 8間での熱移動を防止で き、 熱流損失を可及的に少なく できる。 尚間隔 1 0が 5 m mに達しない場合は、 断熱材 1 1 による熱遮断効果が 不充分となり、 また逆にあま り大き く なりすぎても冷却 器の厚さ方向の寸法が大き く なるだけで断熱効果の向上 はあま り期待できないので、 間隔 1 0の大きさは、 5 〜 7 m m程度あれば充分である。

さ らに本発明に於ては、 電子冷却ュニッ ト 6…が放熱 ファ ン 1 2より風を受ける領域 1 3内に配置されている ので、 該ュニッ ト 6の放熱面側からの放熱を放熱板 8を 介し効率的に行う ことができる。

電子冷却ュニッ ト 6に搭載されている電子冷却素子は 吸熱面と放熱面との温度差が大き く なるにつれて効率を 低下するが、 本発明では上記ュニッ 卜の放熱面側からの 放熱を効率的に行ない得るので、 電子冷却素子ひいては 電子冷却ュニッ ト 6の効率を高く長時間持続保持するこ とができる。

本発明冷却器は冷却板 1 と放熱板 8 との間で生ずる熱 流損失を可及的に少なく でき、 さ らに電子冷却ュニッ 卜 6の効率を高く長時間持続保持できるので、 冷却器の性 能を向上できる。

以下に本発明冷却器と図 4 , 5に示す比較冷却器との 冷却効率比較試験の結果を示す。 尚、 図 1 〜 5 に於て、 対応する部分は同一の番号で示されている。

試験条件

本 発 明 装 置 比 較 装 置

パッゲ 18x29cm、 ポリ塩化ビニル製、 フィルムの厚さ… 0. 38mm、

バッグの厚さ… 1. 24mm、

流路の幅…約 25 mm、 流路の容積… 36. 7ml

冷却板 アルミニウム製 （20X30 cm)

断熱材 発泡ウレタン

熱伝導率 0. 017kcal/m-hr'deg

ブロック 網製 （厚さ約 3. 5mm)

熱伝導率 0. 98cal/cm«sec'(leg

放熱ファン

冷却ュニット サーモボニック社製 （T一 11D114— QDO) 12個

ュニットの配列 放熱ファンの周上に 6個等間隔で 約 8 cmの間隔で 3個ずつ

配置 （図 3参照） 4列配置 （図 5参照）

ュニッ 卜電源電圧 98V

フィ ン アルミニウム （A— 5052)製、 30x40 cmの板上に高さ 4 cm

厚ざ 0. 8mmのフィ ンを 4mmピッチで配置 （枚数 =98枚）

¾^兒/皿/ス 35°C (空気恒温槽）

循環水温度 37。C (恒温水槽）

循璟水流量 30ml Z分

但し冷却ユニット 可法 22. 5mmx 25mmx 2. 9mm

最大吸熱量 （TC = 20^oC) 31. 7W

操 作

①空気恒温槽の中に本発明装置及び比較装置を設置した。

②バッ グを取り付け、 恒温槽の水が一定流量で循環でき る様に、 回路、 ポンプ等をセッ ト した。

③バッ グ出口の循環水温を、 冷却開始より 3分おきに測 した。

本発明装置では、 図 6に示すグラフから明らかなよう に冷却開始より約 9分後に循環水を 4 °Cまで冷却するこ とができたが、 比較装置では 9 °C以下に冷却することが できなかった。 また、 本発明装置では一定の冷却温度を 保つこ とができたが、 比較装置では若干の温度変化がみ られた。

本発明に於ては、 冷却手段と して電子冷却ュニッ トを 備える血漿冷却バッ グ用冷却器に於て、 放熱側と冷却側 との間の熱伝導を極力押さえ且つ放熱フ ァ ンの効果を充 分生かした構造と したので、 装置を小型化できるうえに、 コス トが嵩んだり血漿通路を長く してプライ ミ ングボリ ユ ームが増えたりするこ となしに、 設定温度に達するま での時間短縮と設定温度の保持安定性の向上を計ること ができる。 本発.明は、 特にクライオフィル ト レーシヨ ン の実施に際する血漿冷却バッグの冷却に適用して有用で

¾) Ό o

Claims

請 求 の 範 囲

冷却板と放熱板との間に多数の電子冷却ュニッ トを 分散状に配し、 冷却板で血漿冷却バッ グの冷却を行な い、 放熱板からは、 該放熱板に備えた放熱フ ィ ン並び に該フィ ンに送風する放熱フ ァ ンとにより放熱を行な う冷却器に於て、

( i ) 冷却板と放熱板との間に少な く と も 5 m mの間 隔が設けられ、

( i i ) 電子冷却ュニッ トの吸熱側は熱伝導性ブロ ッ ク を介し冷却板に連接され放熱側は直接放熱板に連接 されるか、 或いは電子冷却ュニッ トの吸熱側は直接 冷却板に連接され放熱側は熱伝導性プロ ッ クを介し 放熱板に連接され、

( i i i )冷却板と放熱板との間の空隙部内に、 断熱材が 充填されている、

ことを特徵とする血漿冷却バッグ用冷却器。

電子冷却ュニッ トの少なく とも一部が、 放熱板に対 し、 放熱フ ァ ンより送風される領域内に配置されてい る請求の範囲第 1項記載の血漿冷却パッ グ用冷却器。 電子冷却ユニッ トが占める総面積のうち、 放熱板に 対し放熱フ ァ ンより送風される領域内に配置された部 分の面積の合計が、 冷却板の面積の 1 0 %以上である 請求の範囲第 2項記載の血漿冷却バッグ用冷却器。 熱伝導性ブロ ッ クの熱伝導率が 0. 8 c a l Z c m

• s e c - d e g以上である請求の範囲第 1項記載の 血漿冷却バッグ用冷却器。

断熱材の熱伝導率が 0. 0 3 k c a 1 /m · h r · d e g以下である請求の範囲第 1項記載の血漿冷却バ ッグ用冷却器。

4 °Cまで冷却が可能である請求の範囲第 1〜 5項の いずれか 1つに記載の血漿冷却バッ グ用冷却器。