医疗用热交换器及其制造方法、人工肺装置的制作方法

专利名称：医疗用热交换器及其制造方法、人工肺装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器，尤其涉及适于在人工肺装置等医疗设备中使用的医疗用热交换器及其制造方法、以及具备该热交换器的人工肺装置。
背景技术：
在心脏手术中，使患者的心脏停止，为了代替这期间的呼吸及循环功能，使用人工心肺装置。此外，在手术中，为了减少患者的氧气消耗量，需要降低患者的体温，并且需要维持患者的降低体温。因此，在人工心肺装置中设有用于调整从患者取出的血液的温度的热交换器。作为这样的医疗用的热交换器，以往已知蛇形管式热交换器、多管式热交换器。其中，多管式热交换器如果装置容积与蛇形管式热交换器的相同，那么能够得到更大的热交换面积，因此与蛇形管式热交换器相比具有热交换效率较高的优点。参照图IOA 图IOC说明现有例的例如专利文献1中记载的多管式热交换器。图 IOA是多管式热交换器的俯视图，图IOB是侧视图。图IOC是表示热交换器的壳体内部的细管束模块的立体图，局部地以剖面表示。该热交换器具有细管束102，由流动有作为热介质液的冷水或热水(以下称为冷热水)的多根传热细管101构成；密封部件103a 103c，对细管束102进行封固；以及壳体104，用于收容上述细管束102和密封部件103a 103c。多根传热细管101平行地排列并层叠，从而形成细管束102。如图IOA及图IOC所示，中央部的密封部件103c在细管束102的长度方向中央部形成具有圆形剖面的血液流路 105。血液流路105作为用于使被热交换液即血液以与传热细管101的各个外表面接触的方式横穿流通的热交换流路发挥功能。两端部的密封部件103a、10 分别使细管束102的两端露出。如图IOB所示，在壳体104，位于血液流路105的上下两端地设有用于将血液导入壳体104内的血液导入口 106和用于将血液从壳体104导出的血液导出口 107。此外，在密封部件103a 103c彼此之间设有间隙108，在壳体102设有与间隙108对应的漏液排出孔 109。在以上的结构中，使血液以从血液导入口 106流入、经过血液流路105、从血液导出口 107流出的方式流动。同时，如图10A、图IOB所示，使冷热水以从细管束102的露出的一端流入、从露出的另一端流出的方式流动。由此，在血液流路105中，在血液和冷热水之间进行热交换。间隙108是为了在因密封不严而使血液或者冷热水泄漏的情况下检测泄漏而设置的。即，在第三密封部件103c存在密封不严的情况下，泄漏的血液会出现在间隙108，由此能够检测泄漏。此外，在因第一密封部件103a或第二密封部件10 的密封不严而使冷热水泄漏的情况下，泄漏的冷热水会出现在间隙108，从而能够检测泄漏。泄漏到间隙108 的血液或者冷热水从漏液排出孔109向热交换器的外部排出。
在先技术文献专利文献专利文献1 日本特开2005-2M301号公报

发明内容
发明要解决的技术问题对于上述那样的多管式热交换器，要求进一步提高热交换效率。即，这是因为，为了尽量减少血液流路105中的血液填充量，并且得到充分的热交换能，需要使热交换效率提尚。在本发明人所研究的人工肺用热交换器的情况下，可知在实际应用中热交换效率为0.43以上是优选的。为达到该目标值而需要的热交换面积在血液流量2L/min时为 0. 014m2。在将其应用于使热交换器的能力提高到血液流量7L/min的构造中的情况下，可知热交换面积模拟的结果为，为了得到0. 43以上的热交换效率，需要0. 049m2的热交换面积。 在此，热交换效率以下式定义。热交换效率=(Tbout-Tbin)/ (Twin-Tbin)Tbin 血液流入侧温度Tbqut 血液流出侧温度Twin 热介质(水)流入侧温度例如在使用了外径为1. 25mm的传热细管101的情况下，可知如果设传热细管101 的层叠数(细管层数)为6层，则能够得到0. 057m2的热交换面积。但是，在使用由这样的 6层结构的细管束102构成的热交换模块，将血液流路105的开口径设为70mm来测定热交换效率时，仅得到了 0. 24这一远低于目标值的值。于是，使用外径为1. 25mm的传热细管101，将血液流路105的开口径设为70mm，制作细管层数逐渐增大的多种热交换模块，测定了热交换效率。其结果可知，为了使热交换效率达到0. 43，需要使细管层数为18层以上。但是，在上述条件下，如果使细管层数为18层， 则血液流路中的血液填充量将为42. 3mL，这远超过了血液填充量的优选值30mL。为了使血液填充量为30mL以下，根据计算，必须使细管层数为13层以下。这样单纯地增大热交换面积是难以得到期望的热交换效率的。因此，对有可能会使热交换效率降低的原因进行了分析。其结果，作为使热交换效率降低的原因，发现在传热细管101的内腔中流动的冷热水的流速的影响较大。这可以认为是由于冷热水的流速对界面膜阻力(film resistance)的变化带来影响。本发明的目的在于提供一种医疗用热交换器，能够适当地控制传热细管的内腔中的热介质液的流动，能够将热交换区域的容积抑制成较小的同时，使热交换效率提高。用于解决技术问题的技术手段本发明的医疗用热交换器具备细管束，通过排列并层叠用于使热介质液在内腔流通的多根传热细管而形成；密封部件，使所述传热细管的两端露出，并且，形成与所述传热细管交叉的血液流路以使血液与各个所述传热细管的外表面接触地经过该血液流路，并对所述细管束进行封固；壳体，收容所述密封部件及所述细管束，并且，设有分别位于所述血液流路两端的血液的导入口和导出口 ；以及一对传热细管联管箱，形成分别收容所述细管束的两端部的流动室，具有所述热介质液的导入端口和导出端口。为了解决上述课题，所述细管束在所述血液流路的流通方向上被分割成多段，各段作为包含有多根所述传热细管的细管束单元的层叠构造发挥功能。至少一个所述流动室，通过与所述细管束单元的边界相对应地设置的隔壁被划分为分别收容1段或2段所述细管束单元的端部的多个流动分室，并形成流路，以使从所述导入端口流入的所述热介质液经由任一所述流动分室而依次从所述多段细管束单元经过后，经由其他任一所述流动分室从所述导出端口流出。位于与所述隔壁对应的边界的两侧的所述细管束单元中，一侧所述细管束单元与另一侧所述细管束单元相比端部突出，所述隔壁的侧面与该突出的所述细管束单元的侧面抵接，从而所述隔壁的两侧的所述流动分室之间被分离。发明效果根据上述本发明的医疗用热交换器的结构，构成为热介质液依次经过对细管束进行分割而成的多组细管束单元，所以能够增大在各细管束单元的传热细管中流动的冷热水的流速。其结果，能够降低传热细管的内壁处的界面膜阻力，抑制热交换区域的容积的增大的同时，提高热交换效率。此外，为此的多个流动分室，能够通过隔着与隔壁对应的边界而位于两侧的两段所述细管束单元中的一段所述细管束单元的端部突出、隔壁的侧面与该突出的侧面抵接的简单结构来进行设置。由此，能够将细管束单元之间的间隔设为最小，从而将热交换区域的血液填充量抑制为最小。


图IA是表示实施方式1中的医疗用热交换器的结构的俯视图。图IB是该医疗用热交换器的图IA中的A-A剖视图。图IC是该医疗用热交换器的图IA中的B-B剖视图。图2A是表示该医疗用热交换器的主要部分的放大剖视图。图2B是表示该医疗用热交换器的其他主要部分的放大剖视图。图3A是表示该医疗用热交换器中使用的、层叠细管束单元而成的细管束模块的立体图。图;3B是该模块的正视图。图4A是构成该模块中包含的细管束单元的单位细管列的立体图。图4B是该单位细管列的正视图。图5是表示细管束的分割方式与热交换系数之间的关系的图。图6是表示细管束的折回构造与热交换系数之间的关系的图。图7A是表示实施方式1中的医疗用热交换器的其他方式的主要部分的放大剖视图。图7B是表示该医疗用热交换器的其他主要部分的放大剖视图。图8是表示实施方式1中的医疗用热交换器的其他方式的主要部分的放大剖视图。图9是表示实施方式2中的人工肺装置的剖视图。图IOA是表示现有例的热交换器的结构的俯视图。
图IOB是表示该热交换器的结构的侧视图。图IOC是以局部剖面表示该热交换器中的细管束模块的立体图。
具体实施例方式本发明的医疗用热交换器以上述结构为基础，能够采用以下方式。即优选构成为，隔着与所述隔壁对应的边界而位于两侧的两段所述细管束单元之中，配置在所述热介质液的流路中的所述热介质液流出一侧的一段所述细管束单元的端部，与配置在所述热介质液的流路中的所述热介质液流入一侧的一段所述细管束单元的端部相比突出。这种情况下，成为隔壁与配置在热介质液流出的一侧的细管束单元的侧面抵接的构造。因此，流入传热细管的热介质液的流动不会成为与细管束单元的突出部及隔壁的抵接面冲击的朝向，不易发生流动分室间的液体泄漏。此外，优选的是，所述隔壁的与所述细管束单元的侧面抵接的侧面部分朝向所述传热细管的内部形成变细的锥形。所述隔壁的与所述细管束单元的侧面抵接的侧面部分形成朝向所述传热细管的内部变细的锥形。由此，能够在细管束单元的侧面与隔壁的锥形面之间作用压接力，能够提高两侧面间的密闭度。此外，优选的是，以使所述热介质液从配置于所述血液流路下游侧的下游段的所述细管束单元朝向配置于所述血液流路上游侧的上游段的所述细管束单元依次经过的方式，构成所述传热细管联管箱。由此，热介质液的流动相对于被热交换液的流动成为对流， 从而有利于提高热交换效率。此外，优选的是所述血液流路形成为周围被上述密封部件进行了封固的圆筒状。能够构成一种人工肺装置，上述任一结构的热交换器；以及人工肺，具有用于与气体流路交差来进行气体交换的血液流路；所述热交换器和所述人工肺被层叠，所述热交换器的所述血液流路与所述人工肺的所述血液流路连通。以下，参照

本发明的实施方式中的医疗用热交换器。另外，以下的实施方式是对人工肺装置的应用例，以被用于从患者流出的血液的温度调整的热交换器为例进行记述。(实施方式1)图IA是表示实施方式1中的医疗用热交换器的俯视图。图IB是图IA的A-A剖视图，图IC是图IA的B-B剖视图。该热交换器包括细管束2，由用于使作为热介质液的冷热水流通的多根传热细管1构成；密封部件3a 3c，将所述细管束2封固；以及壳体4， 用于收容上述细管束2和密封部件3a 3c。多根传热细管1平行地排列并层叠而形成细管束2，在各个传热细管1的内腔中流通有冷热水。在中央部的密封部件3c的位于细管束2长度方向中央部，形成有具有圆形剖面的血液流路5，作为用于使被热交换液即血液流通的热交换区域发挥功能。经过血液流路 5的血液从传热细管1横穿并与各个外表面接触，由此进行热交换。两端部的密封部件3a、 北使细管束2的两端露出。壳体4，以面对细管束2两端的方式具有传热细管联管箱(header)，即用于导入冷热水的冷热水导入联管箱6及用于导出冷热水的冷热水导出联管箱7。如图IB所示，在壳体4上，还位于血液流路5的上下两端地设有血液导入口 8和血液导出口 9。冷热水导入联
6管箱6及冷热水导出联管箱7分别设有冷热水导入端口 6a及冷热水导出端口 7a。此外，在密封部件3a 3c彼此之间与现有例同样地设有间隙10，在壳体4上设有与间隙10对应的漏液排出孔11。如图IB所示，冷热水导入联管箱6及冷热水导出联管箱7形成对从两端部的密封部件3a、!3b露出的细管束2的两端进行收容的空间即流动室。左侧的流动室被划分为上部流动分室13a及下部流动分室13b，右侧的流动室被划分为上部流动分室1 和下部流动分室14b。因此，被导入并导出的全部冷热水经由冷热水导入联管箱6及冷热水导出联管箱7 所形成的各流动分室进行流动。根据本实施方式，如图IB所示，细管束2在血液流路5的流通方向上被分割为3 段，各段作为包含有3层传热细管1的第一 第三细管束单元12a 12c的层叠构造发挥功能。第一 第三细管束单元1 12c的两端部分别对应于上部流动分室13a、1 及下部流动分室13b、14b。左侧的上部流动分室13a和下部流动分室1 被隔壁6b分离。在上部流动分室 13a内配置有第一、第二细管束单元12a、12b的左端部，在下部流动分室13b内配置有第三细管束单元12c的左端部。S卩，隔壁釙配置于第二细管束单元1 与第三细管束单元12c 的边界部。同样地，右侧的上部流动分室Ha和下部流动分室14b被隔壁7b分离。在上部流动分室14a内配置有第一细管束单元12a的右端部，在下部流动分室14b内配置有第二、 第三细管束单元12b、12c的右端部。即，隔壁7b配置于第一细管束单元1 与第二细管束单元12b的边界部。为了通过隔壁6将图中左侧的上部流动分室13a和下部流动分室1 分离，如图 2A放大所示，第二细管束单元12b的左端部形成有与第三细管束单元12c的左端部相比更突出的突出部15a。隔壁6b的侧面与第二细管束单元12b的突出部15a的侧面抵接。由此，在突出部1 的侧面与隔壁6b的侧面的边界处形成有实际应用中足够充分程度的液密构造。在第三细管束单元12c的左端面和隔壁6b的前端之间设有间隔d。在此，所谓实际应用中足够充分程度的液密构造是指，在从冷热水导入端口 6a导入下部流动分室13b的冷热水流入第三细管束单元12c时，从突出部15a的两侧面的边界部向上部流动分室13a漏出的流动被抑制成实际应用中没有问题的程度。即使冷热水漏出到上部流动分室13a，也不会产生对血液有影响这样的问题，所以并不要求完全阻断液体这样的密闭构造。因此，隔壁6b的侧面与突出部15a的侧面抵接不是必须的，即使存在某种程度的间隙也没有问题。但是，这样的泄漏会成为使热交换效率降低的原因，所以优选为将间隙抑制在规定范围内。同样地，为了通过隔壁7b将右侧的上部流动分室Ha和下部流动分室14b分离， 如图2B放大所示，第一细管束单元1 的右端部形成有与第二细管束单元12b的右端部相比更突出的突出部15b。隔壁7b的侧面与第一细管束单元12a的突出部15b的侧面抵接。 由此，在突出部1 的侧面与隔壁7b的侧面的边界部形成有实际应用中足够充分程度的液密构造。在第二细管束单元12b的右端面和隔壁7b的前端之间设有间隔d。接着，参照图3A、图;3B、图4A及图4B说明第一 第三细管束单元12a 12c的详细部分构造。图3A是表示将传热细管1层叠而构成了细管束2的细管束模块的方式的立体图。另外，为便于图示，相对于图IB将纵向的尺寸放大表示。对于以后的其他附图也是同样，将纵向的尺寸放大表示。图3B是该模块的正视图。如图3A、图;3B所示，细管束单元12a 12c分别构成为，通过沿着传热细管1的轴向配置有4处的细管列保持部件16a 16d，将多根传热细管1捆束。通过1组细管列保持部件16a 16d将一列(一层)细管列捆束。该捆束状态的立体图在图4A中示出。图4B 是其正视图。以相互平行的状态排列为一列的多根传热细管1 (在图4A的例中为16根)被细管列保持部件16a 16d保持，形成一层传热细管列。细管列保持部件16a 16d分别形成为横穿传热细管1的带状，被传热细管1贯通。这种方式的传热细管列能够通过使树脂流入配置了多根传热细管1的模具中而形成细管列保持部件16a 16d这样所谓的嵌件成型来形成。在细管列保持部件16a 16d的上下表面形成有能够将相邻的其他传热细管列的传热细管1嵌合的多个细管承接凹部17。图3A所示的细管束单元12a 12c是将图4A的传热细管1的列分别层叠了 3层而成的单元。另外，第一细管束单元1 和第二细管束单元12b之间的间隔与各个细管束单元12a、12b内的传热细管1彼此之间的间隔相同。第二细管束单元12b和第三细管束单元12c之间也同样构成。即，由细管束单元12a 12c构成的模块与将图4A的传热细管1 的列单纯地层叠9层而形成的构造是相同的。在对图4A的传热细管1的列进行层叠时，构成各传热细管列的传热细管1被嵌入于在上下相邻的其他传热细管列的细管列保持部件16a 16d上设置的细管承接凹部17 中。因此，细管列保持部件16a 16d按上下相邻的每一层交替地错开配置。此外，细管列保持部件16a 16d在传热细管1的两端的区域各配置一对。即，在一端侧相互靠近地配置细管列保持部件16a、16b，在另一端侧相互靠近地配置细管列保持部件16c、16d。通过该配置，在两端的细管列保持部件16b、16d之间形成有图IB等所示的间隙10。在使用具有以上结构的热交换器时，如图1A、1B所示，使血液以从血液导入口 8流入血液流路5并从血液导出口 9流出的方式流动。同时，使冷热水以从冷热水导入联管箱 6流入细管束2并从冷热水导出联管箱7流出的方式流动。由此，在血液流路5中，血液和冷热水之间进行热交换。通过该热交换器，能够得到以下的作用及效果。即，从左侧的冷热水导入端口 6a 导入冷热水导入联管箱6的下部流动分室13b的冷热水，在第三细管束单元12c的传热细管1的内腔向右方流动，并流入右侧的冷热水导出联管箱7的下部流动分室14b。于是，进而进入第二细管束单元12b的传热细管1向左方流动，到达冷热水导入联管箱6的上部流动分室13a。接着，进入第一细管束单元12a的传热细管1向右方流动，到达冷热水导出联管箱7的上部流动分室14a，从冷热水导出端口 7a流出。这样，冷热水导入联管箱6及冷热水导出联管箱7构成为，使得被导入的冷热水依次经过3段的第三 第一细管束单元12c 12a。将这样使被导入的冷热水依次经过分割的多组细管束单元的结构，在以后的记载中称为分割通流。与此相对，将如现有例那样使被导入的冷热水在冷热水导入联管箱6中一齐流入全部传热细管1的结构，称为一齐通流。通过采用分割通流，使冷热水经过的流路截面积变小，因此如果冷热水流量相同， 则与一齐通流的情况相比，能够增大在第一 第三细管束单元1 12c的各个传热细管1中流动的冷热水的流速。由此，能够降低传热细管1内壁处的界面膜阻力，提高热交换效率。另外，在以往的一齐通流中，虽然如果增大来自冷热水的供给源的供给流量(流速)则能够提高热交换效率，但是在医疗设施侧增大冷热水供给源的流速实际上是比较困难的。 因此，本实施方式这样提高热交换效率在实用方面相当有效。此外，在图IB所示的剖面结构中，采用了纵向(垂直方向)折回构造，即细管束2 在血液的流通方向即纵向上被分割而形成多段细管束单元的构造。而且冷热水从配置于血液流路5下游侧的下游段的细管束单元12c朝向上游段依次经由细管束单元12b、细管束单元1 而流动。由此，冷热水的流动相对于血流成为对流，得到更高的热交换效率，因此是有效的。为了如本实施方式这样形成纵向折回构造，需要通过隔壁6b将冷热水导入联管箱6的流动室划分为上部流动分室13a和下部流动分室13b，并且通过隔壁7b将冷热水导出联管箱7的流动室划分为上部流动分室1 和下部流动分室14b。为此，在第二细管束单元12b的左端部及第一细管束单元12a的右端部形成有图2A、图2B所示的突出部15a、15b的构造是有效的。由此，即使在第一 第三细管束单元 1 12c的各段间不设置多余的间隔，也能够配置隔壁6b、7b。即，优选第一 第三细管束单元12a 12c各段间的间隔与细管束单元内的传热细管1的层叠间隔相同。因此，能够使第一 第三细管束单元12a 12c的层叠结构的厚度为最小，从而将血液流路5中的血液填充量抑制为最小。图5示出了对通过分割通流提高热交换效率的效果进行了实验的结果。图5中的 “分割并流”及“分割对流”表示本实施方式的分割通流的情况。“分割对流”是设定成图IB 所示那样的在热介质液的流通方向上对细管束进行分割、热介质液成为对流的情况。“分割并流”表示设定成虽然分割方式同样是在热介质液的流通方向上对细管束进行分割、但是热介质液成为与血液的流通相同朝向即并流的情况。哪种情况下都设为血液流路5的开口径为70mm、传热细管1的层数为12层。根据图5可知，与一齐通流的情况相比，作为分割通流的分割并流和分割对流的情况下的热交换效率较高。这是因为，如上所述，在分割通流的情况下在传热细管1中流动的冷热水的流速更大，从而界面膜阻力降低。此外，在血液下游侧，也能够将热介质液与血液之间的温度差维持得较大，所以与分割并流的情况相比，分割对流的情况更能够得到较高的热交换效率的结果。相对于一齐通流，分割并流的情况下热交换效率提高了 36%，分割对流的情况下热交换效率提高了讨％。接着，在图6中示出针对将细管束2在纵向上分割而构成多层细管束单元的情况下的、合适的细管束单元的层数以及构成各细管束单元的传热细管1的合适的层数进行研究得出的结果。图6(a)示出了细管束单元的段数为2段即使冷热水的流动折回的段数为2段的情况且构成各段细管束单元的传热细管为3层(层叠根数)、4层、5层及6层的情况下的热交换效率的测定结果。图6(b)示出了折回细管束单元的段数为3段的情况且构成各段细管束单元的传热细管为2层、3层、及4层的情况下的热交换效率的测定结果。横轴的下部所示的ESA表示有效膜面积(Effective Surface Area)、U表示热介质的流速。根据图 6可知，就折回细管束单元段数而言，与(a)的2段的情况相比，(b)的3段的情况能够容易得到较高的热交换效率。在折回细管束单元段数为3段的情况下，构成细管束单元的传热细管的层数为2 层即图6 (b)的左端的2-2-2层的结构的情况，与3层和4层的情况相比，热交换效率稍差。 但是，与2段的情况相比能够得到较高的热交换效率。而且，将3段合计的传热细管的层数为6层，与具有与之对应的传热细管层数的2段3-3层的结构相比，能够得到充分高的热交换效率。传热细管层数相同，意味着血液填充量是同程度的。因此可知，根据2-2-2层的结构，能够抑制血液填充量的同时提高热交换效率。此外可知，在3段的情况下，构成细管束单元的传热细管的层数为3层时和4层时相比，热交换效率见不到显著差异。但是，4段以上是苛刻的技术要求(over spec)，由于压力损失增大，所以流量也不再增大。如果考虑该结果可知，将由3层传热细管构成的细管束单元层叠为3段的情况下，能够得到实际应用中最好的构造。此外，在3段折回构造那样的奇数次折回构造的情况下，能够将冷热水导入端口 6a和冷热水导出端口 7a分开配置在细管束2的两端，能够得到端口布局的平衡性良好的优
点ο图2A所示那样的用于将上部流动分室13a和下部流动分室1 通过隔壁6b进行分离的构造，也可以如图7A所示那样变更。此外，图2B所示那样的用于将上部流动分室 14a和下部流动分室14b通过进行分离的构造也可以如图7B所示那样变更。S卩，在图2A所示的构造中，第二细管束单元12b的左端部形成有与第三细管束单元12c的左端部相比更突出的突出部15a。与此相对，在图7A所示的构造中，第三细管束单元12c的左端部形成有与第二细管束单元12b的左端部相比更突出的突出部15c。隔壁 6b的侧面与突出部15c的上侧面抵接，在两侧面的边界处形成有实际应用中足够充分程度的液密构造。在第二细管束单元12b的左端面和隔壁6b的前端之间设有间隔d。此外，在图2B所示的构造中，第一细管束单元12a的右端部形成有与第二细管束单元12b的右端部相比更突出的突出部15b。与此相对，在图7B所示的构造中，第二细管束单元12b的右端部形成有与第一细管束单元12a的右端部相比更突出的突出部15d。隔壁 7b的侧面与突出部15d的下侧面抵接，在两侧面的边界处形成有实际应用中足够充分程度的液密构造。在第一细管束单元12a的右端面和隔壁7b的前端之间设有间隔。另外，与图7A、图7B所示的构造相比，图2A、图2B所示的构造不易发生流动分室间的液体泄漏。这是因为，在图7A、图7B的构造的情况下，从传热细管1流出的热介质液的流动会产生对细管束单元的突出部与隔壁6b、7b的抵接面进行冲击的作用，而与此相对， 在图2A、图2B的构造中的流动不是这样的流动。根据该理由，在图2A、图2B所示的构造的情况下，针对突出部15a的侧面与隔壁 6b的侧面之间存在间隙的容许度更高。即，为了将冷热水向上部流动分室13a的漏出抑制在没有问题的范围内而将热交换效率维持在规定范围，与图7A、图7B的构造的情况相比， 容许更大的间隙。因此，设计和制造比较容易。此外，在图2A、图2B、图7A、图7B所示这样的构造中，优选为隔壁6b、7b的侧面部分具有图8所示的锥形形状。即，隔壁6b的与第二细管束单元2b的侧面抵接的侧面部分形成随着朝向传热细管1的内部而变细的锥形面18。如果适当设定第二细管束单元2b的侧面和锥形面18的位置关系，则将它们组合时，在第二细管束单元2b的侧面和锥形面18之间作用压接力，能够提高两侧面间的密闭度。另外，虽然在上述附图中未图示，壳体4例如也可以是分割地形成壳体底部和壳体上部、收容细管束2等而结合为一体的构造。此外，壳体4也可以是仅收容细管束2及密封部件3a 3c的构造，而将冷热水导入联管箱6、冷热水导出联管箱7设成与壳体4分体的结构。此外，在上述说明中，示出了细管束单元为3段的情况下的冷热水导入联管箱和冷热水导出联管箱的构造，但是在其他段数的情况下也能够容易同样地构成。即，作为第一设定，与位于上游端或下游端的1段细管束单元相对应地，在冷热水导入联管箱及冷热水导出联管箱设置流动分室。此外，与其他2段细管束单元的每段相对应地，划分各个流动分室。导入端口及导出端口针对与第1段细管束单元对应的流动分室进行设置。由此，以从导入端口流入的热介质液依次经过多段细管束单元、从导出端口流出的方式形成流路。在本实施方式中，作为构成传热细管1的材料，优选例如不锈钢等金属材料。作为壳体4的材料，可以使用例如透明且耐破损强度优良的聚碳酸酯树脂这样的树脂材料。作为用于形成密封部件3a 3c的树脂材料，例如优选的是，与构成传热细管1的材料(例如金属材料)接触的部分使用环氧树脂，介于该环氧树脂树脂和壳体4之间的部分使用聚氨酯树脂。(实施方式2)图9是表示实施方式2中的人工肺装置的剖视图。该人工肺装置是将实施方式1 中的热交换器20与人工肺21组合而构成的。但是，也可以代替热交换器20，采用具备上述其他方式的热交换器的结构。热交换器20层叠在人工肺21之上，将热交换器20的壳体4结合于人工肺21的壳体22。但是，也可以采用热交换器20的壳体4与人工肺21的壳体22 —体形成的结构。 在人工肺21的区域设有用于导入氧气的气体导入路径23和用于导出血液中的二氧化碳等的气体导出路径M。人工肺21具备多根中空纤维膜25和密封部件26。密封部件沈对中空纤维膜25 进行密封，以使血液不侵入气体导入路径23和气体导出路径M。由密封部件沈进行的密封是以使构成中空纤维膜25的中空纤维的两端露出的方式进行的。气体导入路径23和气体导出路径M通过构成中空纤维膜25的中空纤维连通。此外，人工肺21中不存在有密封部件沈的空间构成了圆筒状血液流路27，在血液流路27内中空纤维膜25露出。进而，血液流路27的血液入口侧与热交换器20的血液流路5的出口侧连通。通过以上结构，从血液导入口 8导入、经过血液流路5而进行了热交换的血液，向血液流路27流入，于是与中空纤维膜25接触。这时，在中空纤维膜25中流动的氧气被取入血液。此外，取入了氧气的血液从设于壳体22的血液导出口观导出到外部，回送给患者。 另一方面，血液中的二氧化碳被取入中空纤维膜25，然后通过气体导出路径M被导出。这样，在图9所示的人工肺装置中，通过热交换器20进行血液的温度调整，进行了温度调整的血液通过人工肺21进行气体交换。此外，这时，即使热交换器20发生密封不良而使在传热细管1中流动的冷热水流出，由于冷热水会出现在间隙10，从而也能够检测泄漏。因此，根据图9所示的人工肺装置，能够检测密封不良，并且能够抑制冷热水引起的血液污染。工业实用性根据本发明，能够增加在传热细管中流动的冷热水的流速，所以能够降低传热细管的内壁处的界面膜阻力，抑制热交换区域的容积增大，同时能够提高热交换效率，作为人工肺装置等中使用的医疗用热交换器是有用的。附图标记说明1、101传热细管2、102 细管束3a 3c、103a 103c 密封部件4、104 壳体5、105血液流路6冷热水导入联管箱6a冷热水导入端口6b, 7b 隔壁7冷热水导出联管箱7a冷热水导出端口8、106血液导入口9、107血液导出口10、108 间隙11、109漏液排出孔12a 12c第一 第三细管束单元13a、Ha上部流动分室13b、14b下部流动分室15a 15d突出部16a 16d细管列保持部件17细管承接凹部18锥形面20热交换器21人工肺22 壳体23气体导入路径M气体导出路径25中空纤维膜沈密封部件27血液流路沘血液导出口
权利要求
1.一种医疗用热交换器，其特征在于，具备，细管束，通过排列并层叠用于使热介质液在内腔流通的多根传热细管而形成； 密封部件，使所述传热细管的两端露出，并且，形成与所述传热细管交叉的血液流路以使血液与各个所述传热细管的外表面接触地经过该血液流路，并对所述细管束进行封固；壳体，收容所述密封部件及所述细管束，并且，设有分别位于所述血液流路两端的血液的导入口和导出口 ；以及一对传热细管联管箱，形成分别收容所述细管束的两端部的流动室，具有所述热介质液的导入端口和导出端口；所述细管束在所述血液流路的流通方向上被分割成多段，各段作为包含有多根所述传热细管的细管束单元的层叠构造发挥功能，至少一个所述流动室，通过与所述细管束单元的边界相对应地设置的隔壁被划分为分别收容ι段或2段所述细管束单元的端部的多个流动分室，并形成流路，以使从所述导入端口流入的所述热介质液经由任一所述流动分室而依次从所述多段细管束单元经过后，经由其他任一所述流动分室从所述导出端口流出，位于与所述隔壁对应的边界的两侧的所述细管束单元中，一侧所述细管束单元与另一侧所述细管束单元相比端部突出，所述隔壁的侧面与该突出的所述细管束单元的侧面抵接，从而所述隔壁的两侧的所述流动分室之间被分离。
2.如权利要求1所述的医疗用热交换器，其特征在于，隔着与所述隔壁对应的边界而位于两侧的段的所述细管束单元之中，配置在所述热介质液的流路中的所述热介质液流出一侧的所述细管束单元的端部，与配置在所述热介质液的流路中的所述热介质液流入一侧的所述细管束单元的端部相比突出。
3.如权利要求1或2所述的医疗用热交换器，其特征在于，所述隔壁的与所述细管束单元的侧面抵接的侧面部分形成朝向所述传热细管的内部变细的锥形。
4.如权利要求1 3中任意一项所述的医疗用热交换器，其特征在于，以使所述热介质液从配置于所述血液流路下游侧的下游段的所述细管束单元朝向配置于所述血液流路上游侧的上游段的所述细管束单元依次经过的方式，构成所述传热细管联管箱。
5.如权利要求1 4中任意一项所述的医疗用热交换器，其特征在于， 所述血液流路形成为周围被上述密封部件进行了封固的圆筒状。
6.一种人工肺装置，其特征在于，具备权利要求1 5中任意一项所述的热交换器；以及人工肺，具有用于与气体流路交差来进行气体交换的血液流路； 所述热交换器和所述人工肺被层叠，所述热交换器的所述血液流路与所述人工肺的所述血液流路连通。
全文摘要
包含有多根传热细管(1)的细管束(2)通过密封部件(3a～3c)形成与传热细管交叉的血液流路(5)并被封固。具有热介质液的导入、导出端口(6a、7a)的传热细管联管箱(6、7)形成收容细管束端部的流动室。细管束在血液流路方向上被分割，形成细管束单元(12a～12c)的层叠构造。流动室被隔壁(6b、7b)划分为多个流动分室(13a、13b、14a、14b)，形成使热介质液经由流动分室依次经过各细管束单元的流路。与隔壁对应的边界的两侧的细管束单元的一个与另一个相比端部是突出的，隔壁的侧面与该突出的部分的侧面抵接。在传热细管中流动的热介质液的流速增大，抑制血液流路的容积增大的同时，能够提高热交换效率。
文档编号A61M1/36GK102458502SQ20108002462
公开日2012年5月16日 申请日期2010年3月5日 优先权日2009年6月9日
发明者新妻友和, 泉田秀树 申请人:株式会社Jms