专利名称：热交换器及热交换器一体型充氧器的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换器及热交换器一体型充氧器，特别地，涉及一种当使血液在体外循环时，从血液中去除二氧化碳并朝血液中添加氧，以调节血液的温度的多管式的热交换器及热交换器一体型充氧器。
背景技术：
在日本专利特表平11 - 508476号公报(专利文献I)中公开了一种充氧器，其包括整体上呈圆筒形的热交换器(多管式)；与热交换器的下端连通的血液入口歧管；与热交换器的上端连通的转移歧管；将热交换器呈同心状地围住，并与转移歧管连通的整体上呈圆筒形的膜型氧合器；以及与膜型氧合器连通的血液出口歧管。根据专利文献1，通过对 构成充氧器的上述各种设备进行改良，能提高作为充氧器的性能。现有技术文献专利文献专利文献I :日本专利特表平11 - 508476号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题本发明的目的在于提供一种能通过使热交换介质朝各导热管的流动均匀来获得较高的热交换性能的热交换器及热交换器一体型充氧器。解决技术问题所采用的技术方案本发明第一技术方案的热交换器是在血液的体外循环中使用的多管式热交换器。该热交换器包括热交换器壳体；多个导热管；热交换介质入口端；以及热交换介质出口端。上述导热管装填于上述热交换器壳体的内部。上述热交换介质入口端具有直管状的形状。上述热交换介质入口端以管轴的延长线与上述热交换器壳体的筒轴交叉且上述延长线朝向上述导热管的另一端侧的方式安装于上述热交换器壳体靠一端侧的外表面。上述热交换介质入口端朝上述导热管的外表面供给规定的热交换介质。上述热交换介质出口端在上述热交换器壳体的上述外表面上安装于在上述热交换器壳体的筒径方向上和安装有上述热交换介质入口端的位置相反的一侧。上述热交换介质出口端将朝向上述导热管的上述外表面供给的上述热交换介质排出。处于被捆扎的状态下的多个上述导热管具有圆周部和第一弦状部。上述圆周部被配置成与上述热交换器壳体的内表面隔着微小距离。上述第一弦状部比上述圆周部所描绘出的圆弧朝筒径方向中心侧后退。处于被捆扎的状态下的多个上述导热管以上述第一弦状部与安装有上述热交换介质入口端的一侧的上述热交换器壳体的上述内表面相对的方式装填于上述热交换器壳体的上述内部。
本发明第二技术方案的热交换器是在本发明第一技术方案的热交换器的基础上，安装有上述热交换介质入口端的一侧的上述热交换器壳体的上述内表面形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状，以随着从上述热交换器壳体的上述一端侧朝向上述热交换器壳体的上述另一端侧而缩短上述内表面与上述第一弦状部之间的距离。本发明第三技术方案的热交换器是在本发明第一技术方案的热交换器的基础上，处于被捆扎的状态下的多个上述导热管还 具有第二弦状部，该第二弦状部在与上述第一弦状部在筒径方向上相反的一侧比上述圆周部所描绘出的圆弧朝筒径方向中心侧后退。本发明第四技术方案的热交换器是在本发明第一技术方案的热交换器的基础上，安装有上述热交换介质出口端的一侧的上述热交换器壳体的上述内表面形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状，以随着从上述热交换器壳体的上述一端侧朝向上述热交换器壳体的上述另一端侧而缩短上述内表面与上述第二弦状部之间的距离。本发明的热交换器一体型充氧器包括上述第一技术方案的热交换器；底构件；气体交换元件；以及血液出口端。上述底构件具有血液入口端。上述底构件安装于上述热交换器壳体的一端。上述气体交换元件与上述热交换器壳体的另一端连通。上述气体交换元件供从上述导热管的上述另一端流出的上述血液流过。上述血液出口端与上述气体交换元件连通。上述血液出口端将流过上述气体交换元件的上述血液排出。发明效果根据本发明，能获得一种可通过使热交换介质朝各导热管的流动均匀来获得较高的热交换性能的热交换器及热交换器一体型充氧器。
图I是表不构成实施方式的热交换器一体型充氧器(heat-exchanger-integrated oxygenator)的各种设备的立体图。图2是表示实施方式的热交换 器一体型充氧器的立体图。图3是沿图2的III - III线剖切的向视剖视图。图4是沿图2的IV — IV线剖切的向视剖视图。图5是表不实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的立体图。图6是表不实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的俯视图。图7是沿图6的VII - VII线剖切的向视剖视图。图8是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的第一变形例的立体图。图9是沿图8的IX — IX线剖切的向视剖视图。图10是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的第二变形例的首1J视图。图11是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的第三变形例的立体图。图12是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的第四变形例的立体图。图13是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的底构件的第五变形例的立体图。图14是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的热交换器壳体及导管组的剖视图。图15是沿图14的XV - XV线剖切的向视剖视图。图16是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的热交换器壳体的第一变形例和实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的导管组的剖视图。图17是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的热交换器壳体的第一变形例和实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的导管组的变形例的剖视图。图18是沿图17的XVIII - XVIII线剖切的向视剖视图。
图19是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的热交换器壳体的第二变形例和实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的导管组的变形例的剖视图。图20是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的筒状芯部的剖视图。图21是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的筒状芯部的一部分(另一端侧)的放大立体图。图22是表示实施方式的热交换器一体型充氧器中使用的筒状芯部的变形例的一部分(另一端侧)的放大立体图。
具体实施例方式以下，参照附图，对本发明实施方式的热交换器及热交换器一体型充氧器进行说明。在以下的实施方式中，在提及到个数、量等的情况下，除了特别有记载的情况之外，本发明的范围也未必限定于该个数、量等。在以下说明的实施方式中，对同一零件、相当零件标注相同的参照符号，并不反复进行重复说明。(热交换器一体型充氧器I)(整体结构)参照图I，对热交换器一体型充氧器I的整体结构进行说明。热交换器一体型充氧器I包括第一头部10、外壳20、捆绑件(bundle) 30、筒状芯部(cylindrical core) 40、第二头部60、热交换器壳体70、导管组80及底构件90。在第二头部60中，将图中一部分剖开表示，但实际上该一部分是连续的。以下，对构成热交换器一体型充氧器I的各种设备的详细情况进行说明，但本发明的“气体交换元件”是包括设于第一头部10的气体入口端22、捆绑件30、设于第二头部60的气体出口端24而构成的。本发明的“热交换介质供给元件”是包括设于热交换器壳体70的热交换介质入口端74和设于热交换器壳体70的热交换介质出口端76而构成的。第一头部10形成为盖状。在第一头部10上设有沿法线方向延伸的气体入口端22。气体入口端22与第一头部10的内部连通。气体入口端22与用于供给气体(例如氧气)的规定的导管(未图示)连接。外壳20形成为筒状。外壳20被从另一端20b —侧插入第一头部10。在外壳20靠一端20a —侧的外表面21上设有血液出口端28。血液出口端28与外壳20的内部连通。血液出口端28与用于将血液返回至患者的规定的导管(未图示)连接。
捆绑件30通过在后述筒状芯部40的外表面41上卷绕形成为垫子状的中空纤维膜(hollow fiber membrane)而形成为筒状。在捆绑件30的另一端30b —侧设有环状的密封构件32。在捆绑件30的一端30a —侧设有环状的另一密封构件34。设于第一头部10的气体入口端22与捆绑件30中的中空纤维膜的各内部连通(详细情况后述)。捆绑件30在卷绕于筒状芯部40的状态下被从另一端30b —侧插入外壳20。筒状芯部40形成为筒状。在筒状芯部40的另一端40b —侧设有扩散部48。扩散部48使从导管组80流出的血液的流动朝筒径方向的外侧转换方向，以使血液朝筒径方向的外侧扩散(详细情况参照图4后述)。扩散部48通过在纸面上下方向上延伸的多个支承肋46而与筒状芯部40的主体部侧相连。扩散部48既可以与筒状芯部40 —体成形，也可以在作为另一构件成形之后、安装于筒状芯部40。在扩散部48的下侧的中央部设有朝筒状芯部40内部(纸面下方)突出的大致圆锥状的突出部48T(参照图20)。筒状芯部40与捆绑件30 —起被从另一端48b —侧插入外壳20。由筒状芯部40的另一端40b —侧、支承肋46及扩散部48围住的部分(参照图20的出口部47)与筒状芯 部40的内部连通。该部分(出口部47)在筒状芯部40和捆绑件30插入外壳20的状态下与捆绑件30中的中空纤维膜的各外表面连通(参照图21)。参照图20及图21，在后面说明筒状芯部40及扩散部48的其它详细结构。在外壳20中插入捆绑件30和筒状芯部40之后,外壳20的一端20a被盖状的第二头部60堵塞。第二头部60在中央具有开口部60H。在开口部60H中插入后述热交换器壳体70。在第二头部60的下表面侧设有气体出口端24。气体出口端24与第二头部60的内部连通。气体出口端24也可与用于将气体从外壳20的内部朝外部排出的规定的导管(未图示)连接。热交换器壳体70靠一端70a —侧的外表面71上安装有热交换介质入口端74和热交换介质出口端76。热交换介质入口端74和热交换介质出口端76在筒径方向上位于相反侧。热交换介质入口端74和热交换介质出口端76与热交换器壳体70的内部连通。热交换介质入口端74与用于将被设定为规定温度的热交换介质(例如水)供给至热交换器壳体70内部的规定的导管(未图示)连接。热交换介质出口端76与用于将热交换介质从热交换器壳体70的内部朝外部排出的规定的导管(未图示)连接。参照图14，在后面说明热交换器壳体70的其它详细结构。导管组80由多个微细的导热管8构成。多个导热管8沿着热交换器壳体70的筒轴70c被捆扎成大致圆柱形状。多个导热管8在被捆扎的状态下作为导管组80装填于热交换器壳体70的内部。参照图14，在后面说明导管组80的其它详细结构。底构件90形成为盖状。在热交换器壳体70中装填完导管组80之后，底构件90嵌入热交换器壳体70的一端70a。在底构件90的外周面(93d)上设有沿法线方向延伸的血液入口端98。底构件90在嵌入热交换器壳体70的状态下与导热管8的各内部连通。血液入口端98与用于从患者输送血液的规定的导管(未图示)连接。参照图5 图7，在后面说明底构件90的其它详细结构。参照图2，通过使第一头部10、外壳20、捆绑件30 (参照图I)、筒状芯部40 (参照图I)、第二头部60、热交换器壳体70、导管组80 (参照图I)及底构件90组合在一起来构成热交换器一体型充氧器I。(热交换器一体型充氧器I的功能)参照图3及图4，对热交换器一体型充氧器I的功能进行说明。首先，参照图3，对朝热交换器一体型充氧器I供给的热交换介质的流动进行说明。如箭头ARlO及箭头ARll所示，从热交换介质入口端74朝热交换器壳体70的内部供给规定温度的热交换介质。如箭头AR12 箭头AR14所示，到达热交换器壳体70内部的热交换介质在与筒轴平行的方向(纸面上下方向)上扩散(详细情况参照图14后述)，并与导管组80中的导热管8的外表面接触。热交换介质经由在多个导热管8的各外表面间所形成的间隙而朝箭头AR15所示的方向流动。热交换介质与朝导热管8的内部流动的血液(详细情况后述)进行热交换。与血液进行完热交换的热交换介质如箭头AR16所示到达热交换介质出口端76。热交换介质如箭头AR17所示从热交换介质出口端76朝外部排出。 接着，参照图4，对朝热交换器一体型充氧器I供给的血液的流动及气体(此处设为氧气)的流动进行说明。如箭头AR30所示，从血液入口端98朝底构件90的内部供给血液。如箭头AR31所示，在底构件90的内部流动的血液从导管组80中的导热管8的一端8a流入导热管8的内部。如箭头AR32所示，血液从纸面下方朝纸面上方流动。如上所述，朝导热管8的内部流动的血液与热交换介质进行热交换。到达导热管8的另一端8b的血液与扩散部48的突出部48T接触，如箭头AR33所示，朝筒径方向外侧转换方向。转换方向后的血液与捆绑件30中的中空纤维膜的外表面接触。血液经由在各中空纤维膜间所形成的间隙，朝箭头AR34及箭头AR35所示的方向流动。另一方面，如箭头AR20及箭头AR21所示，从气体入口端22朝第一头部10与捆绑件30的另一端30b之间的空间供给氧气。然后，如箭头AR22及箭头AR23所示，氧气经由捆绑件30中的中空纤维膜的内部从纸面上方朝纸面下方流动。在中空纤维膜的外表面上朝箭头AR34及箭头AR35所示的方向流动的血液与在中空纤维膜的内部朝箭头AR22及箭头AR23所示的方向流动的氧气之间，产生氧气的分压差和二氧化碳的分压差。利用该分压差隔着中空纤维膜进行气体交换。在血液中，二氧化碳的量减少，氧气的量增加。在氧气中，二氧化碳的量增加，氧气的量减少。如箭头AR36所示，血液从血液出口端28朝外部排出。如箭头AR24所示，氧气从气体出口端24朝外部排出。如上所述，根据热交换器一体型充氧器1，当使血液在体外循环时，能从血液中去除二氧化碳，朝血液中添加氧，并调节血液的温度。以二氧化碳与氧的气体交换为例进行了说明，但根据热交换器一体型充氧器1，也能进行血液中其它成分与其它气体的气体交换。(底构件90)参照图5 图7，对热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90进行详细说明。主要参照图5，底构件90具有环状壁93、底面96、血液入口端98及突起95。环状壁93由外壁92和内壁94构成。在外壁92与内壁94之间液密地嵌入热交换器壳体70 (参照图3)的一端70a。底面96与导热管8的一端8a相对(参照图3)。参照图7，底面96被配置成将外壁92的(纸面下方侧的)端部92a及内壁94的(纸面下方侧的)端部94a液密地堵塞。
再次参照图5，血液入口端98形成为管状。血液入口端98从环状壁93中的外壁92的外周面93d沿着法线方向91延伸。血液入口端98以血液入口端98的管轴和底面96平行的方式延伸。由于底构件90嵌入热交换器壳体70 (参照图3)，因此，在底构件90的内部形成有液密状的空间S。血液入口端98的内部98c经由设于外壁92的开口部92H和设于内壁94的开口部94H(参照图6、图7)与空间S连通。突起95设于环状壁93中的内壁94的内周面93c。突起95在法线方向91上与血液入口端98相对。突起95的前端部95a从底面96立起。突起95的侧面与内周面93c连续。突起95的侧面随着从内周面93c朝向突起95的前端部95a而形成为朝血液入口端98描绘出平缓的圆弧。(作用、效果) 参照图6，从血液入口端98的一端98a —侧供给血液。血液在内部98c中流过之后，到达空间S。血液在与突起95接触之后，利用突起95平缓地转换方向。血液如箭头AR99a及箭头AR99b所示被划分为两个流动。血液在空间S的内部沿着内周面93c朝血液入口端98 —侧流动。在空间S的内部被血液充满之后，血液从导管组80中的导热管8的一端8a流入导热管8的内部。此处，若假设底构件90不具有突起95，则从血液入口端98供给来的血液在到达空间S之后，与相对的内周面93c接触。在该接触之后，血液沿着内周面93c急剧地转换方向。因该接触及急剧的转换方向而在血液中产生压力损失(收缩膨胀现象(contraction/expansion phenomenon))。也可能会因该接触及急剧的转换方向而使一部分血液中的细胞及血小板破坏。根据底构件90，血液被突起95平缓地转换方向。能抑制在血液中产生压力损失，也能抑制血液中的细胞及血小板被破坏。其结果是，通过使用底构件90，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。(底构件90A)参照图8及图9，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90A(底构件90的第一变形例)进行说明。此处，仅对与上述底构件90的不同点进行说明。在底构件90A中，在底面96中设有底上部96a、底上部96b及槽部96c。较为理想的是，底上部96a及底上部96b被配置在大致同一平面上。底上部96a及底上部96b也可以以(在与法线方向91正交的方向上)随着朝向槽部96c而逐渐倾斜的方式形成为截面呈大致V字形状。底上部96a及底上部96a被配置成在与法线方向91正交的方向上隔着规定间隔。底上部96a及底上部96b通过在外壁92与内壁94之间嵌入热交换器壳体70 (参照图3)的一端70a而与导热管8的一端8a相对。槽部96c从底上部96a及底上部96b的靠法线方向91的各端部起朝与供热交换器壳体70嵌入的一侧相反的一侧(朝向纸面下方)形成为截面呈大致U字形状。槽部96c沿着法线方向91从血液入口端98 —侧的外壁92延伸至突起95 —侧的内壁94。血液入口端98的内部98c与槽部96c连通。根据底构件90A，除了由上述底构件90获得的效果之外，还能获得以下效果。从血液入口端98的一端98a —侧朝底构件90A供给的血液到达空间S，并在槽部96c中流动。血液在与突起95接触之后，被划分为两个流动。血液被突起95平缓地转换方向。血液在底上部96a及底上部96b的各表面上沿着内周面93c朝血液入口端98 —侧流动。在槽部96c中流动的血液的流向和在底上部96a及底上部96b的各表面上流动的血液的流向呈相反方向。在此，若假设在底面96中未设有底上部96a、底上部96b、槽部96c，则从血液入口端98供给来的血液和被突起95转换方向的血液在空间S的内部相互接触(相互碰撞)。因该接触而在血液中产生湍流。也可能会因该接触而产生压力损失。根据底构件90A，由于在槽部96c中流动的血液和在底上部96a及底上部96b的各表面上流动的血液在高度方向上错开的部位流动，因此，相互接触的机会较少。根据底构件90A,能抑制在血液中广生瑞流及在血液中广生压力损失。除此之外，由于在底面96中设有底上部96a、底上部96b及槽部96c，因此，能使底构件90A中的空间S的容积比上述底构件90中的空间S的容积小。使底构件90A的槽部 96c最突出的部分(纸面下方侧的部分)的高度方向上(图9纸面上下方向)的位置与底构件90的底面96的高度方向上的位置相同。在该情况下，底构件90A中的空间S的容积比上述底构件90中的空间S的容积小。底构件90A的为充满空间S所需的血液量比底构件90的为充满空间S所需的血液量小。根据底构件90A,血液的预充容量(priming volume)较小。因此,预充液(priming solution)较少，能减少血液的稀释。由于血液的预充容量较小，因此，也能减轻对患者的负担。其结果是，通过使用底构件90A，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。底构件90A也可不具有上述底构件90中的突起95。由于底构件90A如上所述具有底上部96a、底上部96b、槽部96c，因此，能获得可使血液的预充容量较小等效果。(底构件90B)图10相当于与图8的X — X线相关的向视剖视图。参照图10，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90B(底构件90的第二变形例)进行说明。此处，仅对与上述底构件90A的不同点进行说明。在底构件90B中，底上部96a及底上部96b倾斜。具体而言，在设有血液入口端98的一侧，在底上部96a及底上部96b与导热管8的一端8a之间规定距离H2。另一方面,在与设有血液入口端98的一侧相反的一侧，在底上部96a及底上部96b与导热管8的一端8a之间规定距离Hl。底上部96a及底上部96b以距离H2比距离Hl小的方式倾斜。根据底构件90B，除了由上述底构件90及上述底构件90A获得的效果之外，还能获得以下效果。从血液入口端98的一端98a—侧朝底构件90B供给的血液到达空间S。血液如箭头AR90所示被突起95朝纸面上方(及纸面铅垂方向)平缓地转换方向。血液如箭头AR91 箭头AR94所示在底上部96a及底上部96b的各表面上流动。此处，从提高导热管8的热效率这样的观点来看，血液朝箭头AR91 箭头AR94所示的方向以均等的流量流动是较为理想的。此处，若假设底上部96a及底上部96b不倾斜，则血液在箭头AR91 —侧较多地流动。在血液转换方向之后，血液到达箭头AR91 —侧为止的距离比血液到达箭头AR94 —侧为止的距离短。这是由于箭头AR91 —侧的血液的压力比箭头AR94 —侧的血液的压力高的缘故。根据底构件90B，空间S以箭头AR91 —侧较宽、箭头AR94 —侧较窄的方式使底上部96a及底上部96b倾斜。因该倾斜而越向箭头AR94 —侧越在血液的流动中产生朝上方(纸面上方向)的成分。因此，能抑制血液在箭头AR91—侧较多地流动。根据底构件90B，能使血液以进一步均等相近的分配率流入多个导热管8。其结果是，通过使用底构件90B，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。另外，底构件90B也可不具有上述底构件90中的突起95。由于底构件90B如上所述具有底上部96a、底上部96b、槽部96c，因此，能获得可使血液的预充容量较小等效果。
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(底构件90C)参照图11，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90C(底构件90的第三变形例)进行说明。此处，仅对与上述底构件90的不同点进行说明。底构件90C具有环状壁93、底面96、血液入口端98、肋96L、肋96R。底构件90C不具有上述底构件90中的突起95 (参照图5)。肋96L及肋96R设于底面96的表面上。肋96L及肋96R形成为以沿着环状壁93的方式弯曲的圆弧状。肋96L及肋96R在底面96的表面上不包括通过将血液入口端98的内部98c投影到法线方向91而获得的投影区域96T的位置立起。根据底构件90C，能获得以下效果。从血液入口端98的一端98a—侧朝底构件90C供给的血液在到达空间S之后，不与肋96L及肋96R接触，就与相对的内周面93c接触。血液在被转换方向之后，划分为如箭头AR96L1、AR96R1所示沿着内周面93c流动的血液和如箭头AR96L2、AR96R2所示沿着肋96L及肋96R的内侧流动的血液。血液在空间S的内部向血液入口端98 —侧流动。在空间S的内部被血液充满之后，血液从导管组80中的导热管8的一端8a流入导热管8的内部。此处，若假设底构件90C不具有肋96L及肋96R，则从血液入口端98供给来的血液几乎都沿着相对的内周面93c在底面96的外周侧流动。空间S中流动的血液的量在底面96的外周侧较多，而在底面96的内周侧较少。在空间S的内部，外周侧的血液的压力比内周侧的血液的压力高。血液较多地流入配置于外周侧的导热管8，较少地流入配置于内周侧的导热管8。在流入导热管8的血液的量上产生偏差，使导热管8的热交换的效率降低。根据底构件90C，由于设有肋96L及肋96R，因此，血液被分配为沿着内周面93c流动的血液和沿着肋96L及肋96R的内侧流动的血液。能抑制在流入导热管8的血液的量上产生偏差，并能抑制导热管8的热交换的效率降低。其结果是，通过使用底构件90C，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。底构件90C也可不具有上述底构件90中的突起95。由于底构件90C如上所述具有肋96L及肋96R，能获得可抑制在流入导热管8的血液的量上产生偏差等效果。(底构件9OD)参照图12，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90D(底构件90的第四变形例)进行说明。此处，仅对与底构件90C的不同点进行说明。在底构件90D中，与上述底构件90A相同，在底面96中设有底上部96a、底上部96b及槽部96c。在底上部96a的表面上配置有肋96L。在底上部96b的表面上配置有肋96R。
根据底构件90D，除了由上述底构件90C获得的效果之外，还能获得以下效果。根据底构件90D，由于在槽部96c中流动的血液和在底上部96a及底上部96b的各表面上流动的血液在高度方向上错开的部位流动，因此，相互接触的机会较少。能抑制在血液中产生湍流及压力损失。除此之外，由于在底面96中设有底上部96a、底上部96b及槽部96c，因此，能减小血液的预充容量。其结果是，通过使用底构件90D，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。(底构件9OE)参照图13，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的底构件90E (底构件90的第五变形例)进行说明。除了上述底构件90B的结构之外，底构件90E还具有与底构件90C相同的肋96L及肋96R。具体而言，在底构件90E中，在底面96中设有底上部96a、底上部96b及槽部96c。底上部96a及底上部96b与上述底构件90B相同地倾斜。在底上部96a的表面上配置有肋 96L。在底上部96b的表面上配置有肋96R。根据底构件90E，除了与上述底构件90B相同的效果之外，还能获得与底构件90C相同的效果。其结果是，通过使用底构件90E，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。(热交换器壳体70、导管组80)参照图14及图15，对热交换器一体型充氧器I中使用的热交换器壳体70及导管组80进行详细说明。首先，参照图14，如上所述，在热交换器壳体70的内部装填有多个导热管8作为导管组80。热交换器壳体70靠一端70a —侧的外表面71上安装有热交换介质入口端74和热交换介质出口端76。热交换介质入口端74具有直管状的形状。热交换介质入口端74被安装成管轴74c的延长线与热交换器壳体70的筒轴70c交叉。热交换介质入口端74被安装成管轴74c的延长线朝向导热管8的另一端8b —侧。热交换介质入口端74朝向导热管8的外表面供给规定的热交换介质。热交换介质入口端74和热交换介质出口端76在热交换器壳体70的筒径方向上位于相反侧。热交换介质出口端76将朝向导热管8的外表面供给的热交换介质排出至热交换器壳体70的外部。热交换介质出口端76也可与热交换介质入口端74相同地具有直管状的形状。热交换介质出口端76也可被安装成管轴76c的延长线与热交换器壳体70的筒轴70c交叉。热交换介质出口端76也可被安装成管轴76c的延长线朝向导热管8的另一端8b —侧。多个导热管8在沿着热交换器壳体70的筒轴方向被捆扎成大致圆柱形状的状态下作为导管组80装填于热交换器壳体70的内部。血液经由底构件90从导热管8的一端8a流入导热管8的内部。多个导热管8在被捆扎的状态下具有圆周部81和第一弦状部82。圆周部81是处于被捆扎的状态下的多个导热管8中的以下部分当在热交换器壳体70的内部装填有多个导热管8(导管组80)时，以隔着微小距离的方式配置于热交换器壳体70的内表面72的部分。此处所述的微小距离是指例如大致0. Imm 大致2. Omm的意思。此处所述的大致0. Imm 大致2. Omm是指虽因导热管8的排列不同而产生差异、但最大间隔为例如大致2.Omm的意思。第一弦状部82是处于被捆扎的状态下的多个导热管8中的、比描绘出圆周部81的圆弧朝筒径方向中心侧后退距离H72L的部分。距离H72L为例如大致4. Omm 大致 5. Omnin第一弦状部82从导热管8的一端8a —侧朝导热管8的另一端8b —侧延伸。参照图15，第一弦状部82具有规定的宽度W72L。宽度W72L只要被设定得比热交换介质入口端74的管径W74大即可。处于被捆扎的状态下的多个导热管8以第一弦状部82与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)相对的方式装填于热交换器壳体70的内部。参照图14，第一弦状部82的两端被密封构件7a及密封构件7b堵塞。(作用、效果)参照图14，如上所述，从热交换介质入口端74朝热交换器壳体70供给规定温度的热交换介质(例如水)。如箭头AR71所示，在热交换介质入口端74的内部流动的热交换介质到达热交换器壳体70的内部。如箭头AR71 箭头AR73所示，热交换介质经由第一弦状部82与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)之间而在筒轴方向(纸面上下方向)上扩散(分配)。热交换介质与导管组80中的导热管8的整个外表面接触。若假设处于被捆扎的状态下的多个导热管8不具有第一弦状部82,则导热管8与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)紧贴。从热交换介质入口端74供给来的热交换介质几乎不在筒轴方向上扩散，就仅与导热管8的一端8a一侧接触。热交换介质几乎仅在导热管8靠一端8a —侧的外表面流动之后,就从热交换介质出口端76朝热交换器壳体70的外部排出。热交换介质与导管组80中的导热管8的外表面的接触面积减少，从而使热交换的效率降低。由于处于被捆扎的状态下的多个导热管8具有第一弦状部82，因此，在第一弦状部82中，热交换介质能与导管组80中的导热管8的整个外表面接触。由于热交换介质与导管组80中的导热管8的外表面的接触面积增大，因此，能提高热交换的效率。其结果是，通过使用上述热交换器壳体70及导管组80，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。为了使热交换介质能进一步与导管组80中的导热管8的整个外表面接触，只要优化第一弦状部82的上述规定的距离H72L即可。距离H72L根据热交换器壳体70的大小、血液的流量或热交换介质入口端74的管径W74的大小等而被优化。(热交换器壳体70A、导管组80)参照图16，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的热交换器壳体70A (热交换器壳体70的第一变形例)及导管组80进行说明。此处，仅对与热交换器壳体70的不同点进行说明。由于导管组80与上述相同，因此，不重复其说明。在热交换器壳体70A中，安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70A的内表面72L形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状。形成为大致锥状的内表面72L随着从热交换器壳体70的一端70a —侧朝向热交换器壳体70的另一端70b —侧而逐渐缩短内表面72L与第一弦状部82之间的距离H72L。换言之，内表面72L与第一弦状部82之间的距离H72L在热交换器壳体70的一端70a —侧较宽，在热交换器壳体70的另一端、70b 一侧较窄。根据热交换器壳体70A及导管组80，除了由上述热交换器壳体70获得的效果之夕卜，还能获得以下效果。如箭头AR71a 箭头AR73a所示,从热交换介质入口端74供给来的热交换介质经由第一弦状部82与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)之间而在筒轴方向(纸面上下方向)上扩散(分配)。内表面72L倾斜地形成为锥状，以使安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72 (72L)与第一弦状部82之间的筒径方向上的距离H72L在箭头AR73a一侧比在箭头AR71a — 侧小。因该倾斜而在热交换介质的流动中越朝向箭头AR73 —侧越产生与导热管8大致正交的方向(纸面左右方向)上的成分。因此，朝箭头AR73a —侧流动的热交换介质如箭头AR73b所示沿着与导热管8大致正交的方向(纸面左右方向)在导热管8的外表面上流动。同样地，朝箭头AR71a及箭头AR72a —侧流动的热交换介质也如箭头AR71b及箭头AR72b所示沿着与导热管8大致正交的方向在导热管8的外表面上流动。由于热交换介质以与导热管8的整体大致正交的方式流动，因此，能获得较高的热交换效率。为了使热交换介质在与导热管8的整体进一步接近正交的方向上流动，并使热交换介质相对于导热管8的整体进一步均匀地流动，只要根据热交换器壳体70A的大小、血液的流量或热交换介质入口端74的管径W74的大小等，优化热交换器壳体70A的内表面72L的锥形状及导管组80中的第一弦状部82的宽度W72L等即可。一般而言，在利用导热管作为热交换器的情况下，从热交换的效率的观点来看，被热交换介质(血液等)在导热管内部的流动方向和热交换介质在导热管的外表面的流动方向呈相反流向(逆流)或正交(正交流)是较为理想的。在一般的热交换器壳体中，从使用者的便利性来看，与热交换器壳体70A相同,在热交换器壳体的一端侧安装有热交换介质入口端(74)及热交换介质出口端(76)。为了在上述一般的热交换器壳体中获得上述逆流，需要用于将被供给至热交换器壳体的热交换介质引导至热交换器壳体的另一端侧(热交换器壳体70A中的另一端70b—侧)的规定的另一零件。该另一零件设于热交换器壳体的内部或外表面。由于设置另一零件，因此，会引起热交换器壳体的体积增大、制造成本的上升。根据热交换器壳体70A及导管组80，由于内表面72L形成为大致锥状，因此，不用设置另一零件，就能容易地获得正交流。根据热交换器壳体70A及导管组80，能容易地获得与上述逆流相同或进一步高的热交换效率。其结果是，通过使用热交换器壳体70A及导管组80，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。(热交换器壳体70A、导管组80A)参照图17及图18，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的热交换器壳体70A及导管组80A(导管组80的变形例)进行说明。由于热交换器壳体70A与上述相同，因此，不重复其说明。此处，仅对与导管组80的不同点进行说明。主要参照图17，在导管组80A中，多个导热管8还具有第二弦状部83。第二弦状部83是处于被捆扎的状态下的多个导热管8中的、比描绘出圆周部81的圆弧朝筒径方向中心侧后退距离H72R的部分。第二弦状部83与第一弦状部82在筒径方向上位于相反侧。第二弦状部83从导热管8的一端8a —侧朝导热管8的另一端8b —侧延伸。参照图18，第二弦状部83具有规定的宽度W72R。宽度W72R只要被设定得比热交换介质出口端76的管径W76大即可。如上所述，处于被捆扎的状态下的多个导热管8以第一弦状部82与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)相对的方式装填于热交换器壳体70的内部。藉此，第二弦状部83与安装有热交换介质出口端76的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72R)相对。参照图17，第二弦状部83的两端被密封构件7c及密封构件7d堵塞。根据热交换器壳体70A及导管组80，除了由上述热交换器壳体70A及导管组80获得的效果之外，还能获得以下效果。从热交换介质入口端74朝热交换器壳体70A供给的热交换介质经由第一弦状部82与安装有热交换介质入口端74的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72L)之间而在筒轴方向(纸面上下方向)上扩散(分配)。热交换介质与导管组80中的导热管8的整个外表面接触。 热交换介质在导热管8的外表面流过之后，如箭头AR71c 箭头AR73c所示，流入第二弦状部83与安装有热交换介质出口端76的一侧的热交换器壳体70的内表面72(72R)之间。由于处于被捆扎的状态下的多个导热管8具有第二弦状部83，因此，在导热管8的外表面上朝箭头AR71b 箭头AR73b所示的方向流动的热交换介质能沿着与导热管8 (与热交换器壳体70A及导管组80相比)进一步接近正交的方向在导热管8的外表面上流动。根据热交换器70A及导管组80A，能获得进一步高的热交换效率。其结果是，通过使用热交换器壳体70A及导管组80A，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。在上述中，对将热交换器壳体70A与导管组80A组合在一起的实施方式进行了说明，但也可将上述热交换器壳体70与导管组80A组合在一起。具体而言，也可使内表面72L未形成为朝筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状的热交换器壳体70与具有第一弦状部82及第二弦状部83的导管组80A组合在一起。(热交换器壳体70B、导管组80A)参照图19，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的热交换器壳体70B (热交换器壳体70的第二变形例)及导管组80A进行说明。此处，仅对与热交换器壳体70A的不同点进行说明。由于导管组80A与上述相同，因此，不重复其说明。在热交换器壳体70B中，安装有热交换介质出口端76的一侧的热交换器壳体70B的内表面72R形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状。形成为大致锥状的内表面72R随着从热交换器壳体70的一端70a —侧朝向热交换器壳体70的另一端70b —侧而逐渐缩短内表面72R与第二弦状部83之间的距离H72R。换言之，内表面72R与第二弦状部83之间的距离H72R在热交换器壳体70的一端70a —侧较宽，在热交换器壳体70的另一端70b 一侧较窄。根据热交换器壳体70B及导管组80A，能获得与由上述热交换器壳体70A及导管组80A获得的效果相同的效果。为了使热交换介质在与导热管8的整体进一步接近正交的方向上流动，并使热交换介质相对于导热管8的整体进一步均匀地流动，只要根据热交换器壳体70B的大小、血液的流量或热交换介质出口端76的管径W76的大小等，优化热交换器壳体70B的内表面72R的锥形状及导管组80A中的第二弦状部83的宽度W72R等即可。热交换器壳体70B及导管组80A也可隔着热交换器壳体70的筒轴70c而构成为左右对称。根据该结构，由于在连接导管时等无需区别入口及出口，因此，提高了使用者的便利性。(筒状芯部4O)参照图20及图21，对热交换器一体型充氧器I中使用的筒状芯部40进行说明。在图21中，为了便于图示，筒状芯部40的外表面41与捆绑件30被稍许分离地示出，但实际上它们是紧贴的。主要参照图20，如上所述，筒状芯部40形成为筒状。筒状芯部40在一端40a—侧具有圆形的开口部40Ha，并在另一端40b —侧具有圆形的开口部40Hb。开口部40Hb的口径被设定得比开口部40Ha的口径小。在筒状芯部40靠另一端40b —侧的外表面41上设有朝开口部40Hb延伸至筒径 方向内侧的弯管部42。在弯管部42的表面上设有沿着与筒轴40c平行的方向(纸面上下方向)延伸的薄板状的多个支承肋46。利用支承肋46使扩散部48与弯管部42的表面相连。扩散部48具有突出部48T和基台部48B。基台部48B形成为大致圆柱状。突出部48T形成为从基台部48B的(纸面下方侧的)中央部的表面朝筒状芯部40的开口部40Hb突出的大致圆锥状。突出部48T的中央部附近只要形成平缓的凸面即可(参照图20)。筒轴芯部40靠另一端40b —侧的外表面41 (筒状芯部40的弯管部42的表面)在弯管部42处在整个周向上被进行倒圆角处理。换言之，随着从筒状芯部40的一端40a朝向筒状芯部40的另一端40b而使弯管部42的外径逐渐减小。(作用、效果)参照图21，如上所述，到达导热管8 (参照图4)的另一端Sb的血液朝扩散部48的突出部48T流出。血液在与突出部48T接触之后，以朝向筒径方向的外侧的方式改变流动的方向。血液从由弯管部42、基台部48B、支承肋46围住的出口部47排出，并与捆绑件30中的中空纤维膜的外表面接触。如箭头AR41所示，一部分血液沿着弯管部42的外表面41描绘出平缓的圆弧，并与中空纤维膜的外表面接触。血液在形成于中空纤维膜之间的间隙中流动。若假设在弯管部42处不进行倒圆角处理，则从出口部47排出的全部血液在与中空纤维膜的外表面正交的方向上流动，并从正面与中空纤维膜的外表面接触。这样，在血液中产生压力损失。一部分血液中的细胞及血小板也可能被破坏。根据筒状芯部40，通过在弯管部42处进行倒圆角处理，血液能平缓地转换方向。能抑制在血液中产生压力损失，也能抑制血液中的细胞及血小板被破坏。其结果是，通过使用筒状芯部40，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器I。(筒状芯部40A)参照图22，对能在热交换器一体型充氧器I中使用的筒状芯部40A(筒状芯部40的变形例)进行说明。此处，仅对与筒状芯部40的不同点进行说明。在图22中，为了便于图示，筒状芯部40的外表面41与捆绑件30被稍许分离地示出，但实际上，除了后述间隙S42之外，它们是紧贴的。在筒状芯部40A,在另一端40b —侧的外表面41上设有多个肋44。肋44从外表面41朝筒径方向上的外侧突出。肋44的高度只要随着从另一端40b —侧朝向一端40a —侧而朝顶部44T升高、并以顶部44T为起点然后平缓地降低即可。肋44从筒状芯部40的另一端40b —侧起在与筒轴40c大致平行的方向上延伸。肋44以筒状芯部40A的另一端40b —侧为起点以不到达筒状芯部40的一端40a的长度44H延伸。肋44在周向上隔着规定的间隙排列着。因肋44而在筒状芯部40的外表面41与捆绑件30中的中空纤维膜之间形成有沿着与筒轴40c大致平行的方向延伸的间隙S42。间隙S42与出口部47连通。在筒状芯部40A中，与上述筒状芯部40相同，也可在弯管部42处进行倒圆角处理。(作用、效果) 如上所述，到达导热管8 (参照图4)的另一端8b的血液朝扩散部48的突出部48T流出。血液在与突出部48T接触之后，以朝向筒径方向的外侧的方式改变流动的方向。血液被从出口部47排出，并与捆绑件30中的中空纤维膜的外表面接触。如箭头AR42所示，一部分血液在流入间隙S42之后，逐渐与中空纤维膜的外表面接触。然后，一部分血液在形成于中空纤维膜之间的间隙中流动。若假设在外表面41上未设有肋44，则从出口部47排出的全部血液在与中空纤维膜的外表面正交的方向上流动，并从正面与中空纤维膜的外表面接触。这样，在血液中产生压力损失。一部分血液中的细胞及血小板也可能被破坏。根据筒状芯部40A，由于在外表面41上设有肋44，因此，血液能逐渐流入形成于中空纤维膜之间的间隙。能抑制在血液中产生压力损失，也能抑制血液中的细胞及血小板被破坏。其结果是，通过使用筒状芯部40A，能获得进一步提高性能的热交换器一体型充氧器
Io以上，对本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的实施方式均为举例说明，不应当认为是构成限制。本发明的范围由权利要求书来表示，包括与权利要求书等同的意思和范围内的所有变更。符号说明I热交换器一体型充氧器7a 7d、32、34 密封构件8导热管8a、20a、30a、40a、70a、98a —端8b、20b、30b、40b、48b、70b 另一端10第一头部20 外壳21、41、71 外表面22气体入口端24气体出口端28血液出口端30捆绑件
40、40A筒状芯部40c、70c 筒轴40Ha、40Hb、60H、92H、94H 开口部42弯管部44、96L、96R 肋44T 顶部46支承肋47 出口部48 扩散部48B基台部48T突出部60 第二头部70、70A、70B热交换器壳体
72、72L、72R 内表面74热交换介质入口端74c、76c 管轴76热交换介质出口端80、80A 导管组81圆周部82第一弦状部83第二弦状部90、90A 90E 底构件91法线方向92 外壁92a、94a 端部93 环状壁93c 内周面93d外周部94 内壁95 突起95a前端部96 底面96a、96b 底上部96c 槽部96T投影区域98 血液入口端98c 内部ARlO AR17、AR20 AR24、AR30 AR36、AR41、AR42、AR71 AR73、AR71a AR71c、AR72a AR72c、AR73a AR73c、AR90 AR94、AR96L1、AR96L2、AR96R1、AR96R2、AR99a、AR99b 箭头H1、H2、H72L、H72R 距离S 空间S42 间隙W72L.W72R 宽度W74.W76 管径
权利要求
1.一种热交换器，是在血液的体外循环中使用的多管式热交换器，其特征在于，包括 热交换器壳体(70)； 多个导热管(8)，这多个导热管(8)装填于所述热交换器壳体(70)的内部； 热交换介质入口端(74)，该热交换介质入口端(74)具有直管状的形状，以管轴(74c)的延长线与所述热交换器壳体(70)的筒轴(70c)交叉且所述延长线朝向所述导热管(8)的另一端(8b) —侧的方式安装于所述热交换器壳体(70)靠一端(70a) —侧的外表面(71)，并朝向所述导热管(8)的外表面供给规定的热交换介质；以及 热交换介质出口端(76),该热交换介质出口端(76)在所述热交换器壳体(70)的所述外表面(71)上安装于在所述热交换器壳体(70)的筒径方向上和安装有所述热交换介质入口端(74)的位置相反的一侧，以将朝向所述导热管(8)的所述外表面供给的所述热交换介质排出， 处于被捆扎的状态下的多个所述导热管(8)具有圆周部(81)，该圆周部(81)被配置成与所述热交换器壳体(70)的内表面(72)隔着微小距离；以及第一弦状部(82)，该第一弦状部(82)比所述圆周部(81)所描绘出的圆弧朝筒径方向中心侧后退， 处于被捆扎的状态下的多个所述导热管(8)以所述第一弦状部(82)与安装有所述热交换介质入口端(74)的一侧的所述热交换器壳体(70)的所述内表面(72L)相对的方式装填于所述热交换器壳体(70)的所述内部。
2.如权利要求I所述的热交换器，其特征在于， 安装有所述热交换介质入口端(74)的一侧的所述热交换器壳体(70)的所述内表面(72L)形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状，以随着从所述热交换器壳体(70)的所述一端(70a) —侧朝向所述热交换器壳体(70)的另一端(70b) —侧而缩短所述内表面(72L)与所述第一弦状部(82)之间的距离(H72L)。
3.如权利要求I所述的热交换器，其特征在于， 处于被捆扎的状态下的多个所述导热管(8)还具有第二弦状部(83)，该第二弦状部(83)在与所述第一弦状部(82)在筒径方向上相反的一侧比所述圆周部(81)所描绘出的圆弧朝筒径方向中心侧后退。
4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于， 安装有所述热交换介质出口端(76)的一侧的所述热交换器壳体(70)的所述内表面(72R)形成为朝向筒径方向中心侧逐渐突出的大致锥状，以随着从所述热交换器壳体(70)的所述一端(70a) —侧朝向所述热交换器壳体(70)的另一端(70b) —侧而缩短所述内表面(72R)与所述第二弦状部(83)之间的距离(H72R)。
5.一种热交换器一体型充氧器(I)，其特征在于，包括 权利要求I所述的热交换器； 底构件(90)，该底构件(90)具有血液入口端(98)，并安装于所述热交换器壳体(70)的所述一端(70a)； 气体交换元件(22、24、30)，该气体交换元件(22、24、30)与所述热交换器壳体(70)的另一端(70b)连通，并供从所述导热管(8)的所述另一端(Sb)流出的所述血液流过；以及 血液出口端(28)，该血液出口端(28)与所述气体交换元件(22、24、30)连通，并将流过所述气体交换元件(22、24、30)的所述血液排出。
全文摘要
多个导热管(8)在为构成导管组(80)而处于被捆扎的状态下具有圆周部(81)，该圆周部(81)被配置成与热交换器壳体(70)的内表面(72)隔着微小距离；以及第一弦状部(82)，该第一弦状部(82)比圆周部(81)所描绘出的圆弧朝筒径方向中心侧后退。被捆扎的多个导热管(8)以第一弦状部(82)与安装有热交换介质入口端(74)的一侧的筒状芯部(70)的内表面(72L)相对的方式装填于筒状芯部(70)。可得到一种能通过使热交换介质朝各导热管(8)的流动均匀来获得较高热交换性能的热交换器。
文档编号A61M1/18GK102753211SQ201180009508
公开日2012年10月24日 申请日期2011年2月15日 优先权日2010年2月15日
发明者安村直朗, 川村慎一, 石原和久 申请人:尼普洛株式会社