JPH0111249Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 考案の背景 ［技術分野］ 本考案は、手術等において患者の血液を一定温
度に保持あるいは冷却または復温するために用い
る血液用熱交換器に関する。 ［先行技術］ 血液用熱交換器は、人体の体内より取出された
血液を所定の温度状態にして再び体内に供給する
ものであり、例えば人工肺の体外循環回路等に用
いられる。多管式の血液用熱交換器としては、例
えば体内より取出された血液を血液流槽内に設け
られた管体であつて、その内部に冷却水、温水等
の熱交換媒体を通過可能とする複数の管体に沿つ
て通過させるものがある。すなわち、この血液の
熱交換器は、体内より取出された血液を血液流槽
に流入可能とする血液流入口と血液流槽内を通過
した血液を体内側へ供給可能とする血液流出口を
備えてなる。血液流槽内に流入された血液は、血
液流槽内の血液流入口と血液流出口の間に配設さ
れる上記複数の管体の間を、通過する状態で熱交
換が行なわれ、熱交換の行なわれた血液は、血液
流出口から流出され、体内側へと供給される。 ところで、上記のような管体に沿つて血流を流
す従来の多管式の血液用熱交換器は、複数の管体
回りにおける血液の通過流量が、それぞれの管体
の近傍において相互に異なる。すなわち、血液流
槽内における血液の流れは血液流入口から血液流
出口に向かう直線に沿つて短絡的に流れる傾向が
あるため、血液流槽内における血液流入口と血液
流出口を結ぶ略直線位置上に配設される管体の部
分においては血液の通過流量が過多となり、該直
線位置から外れる位置に配設される管体の部分に
おいては血液の通過流量が過少となる問題があ
る。このため通過される全ての血液に対し均等な
熱交換ができず、また、通過される血液の温度分
布がそれぞれの管体位置において異なる問題もあ
り、局部的に血液の熱交換が過大あるいは過小に
行なわれることにより血液の成分に悪影響を及ぼ
すおそれがある。 そこで従来、充分な熱交換を行なう為に熱交換
器を大型にしたり、あるいは血液流槽における血
液流入口および血液流出口のそれぞれに邪魔板を
配設し、熱交換を行なう複数の管体のそれぞれに
対する血液の通過流量を相互に一定のものとした
血液の熱交換器が提案されている。この熱交換器
によれば、全ての管体が熱交換に寄与することが
でき、通過される血液の均等な熱交換が可能とな
る。 しかしながら、血液流入口および血液流出口の
それぞれに邪魔板を配設する場合、血液流槽に流
入され、または血液流槽から流出される血液が邪
魔板あるいは血液流槽の内壁等に衝突する状態と
なり、血液成分中の血球、血小板等が衝突により
破壊され、血液損傷を起こすおそれがある。 さらに、熱交換器への血液の流入抵抗が大きく
なり、血液ポンプ等の負担が増すこととなる。 考案の目的 本考案は、小型にでき、かつ血液損傷の少ない
熱交換器を用いて、血液流槽を通過する全ての血
液を均等に熱交換可能とすることを目的とする。 考案の構成 本考案は、血液流入口を下部に備えるととも
に、血液流出口を上部に備える血液流槽と、該血
液流槽内にあつて該血液流入口から血液流出口へ
流れる血液流を横断するとともに、互いに並設さ
れて該血液流槽外まで延び、熱交換媒体を通過可
能とする複数の管体からなる管体群と、各管体の
両端部にそれぞれ連通する熱交換媒体の入口およ
び出口とを有してなる血液用熱交換器において、
前記血液流槽内における管体群設置領域の略全域
に対する下方および上方のそれぞれに血液流調整
室を形成する空間を設け、前記血液流入口と血液
流出口のそれぞれを対応する上記各血液流調整室
の側面に開口するようにしたものである。 また、本考案は、各管体の血液流槽内における
長さをａとし、管体群の長手方向に直交する断面
内における管体群の血液の通過方向に沿う長さを
ｂとし、さらに上記断面内における管体群の血液
の通過方向に直交する方向における幅をｃとする
時、ｂ／ａの比を0.7〜1.5の範囲とし、かつｃ／
ａの比を0.5〜1.0の範囲とするようにしたもので
ある。 考案の作用 請求項１に記載の本考案によれば、以下の作用
効果がある。 血液流槽内に開口する血液流入口は、管体群
設置領域の略全域に対する下方に位置する血液
流調整室の空間の側面に位置する。したがつ
て、血液流入口から流入することとなる血液
は、まず上記の下方の血液流調整室の全空間に
拡散する如くに広がり、その後、管体群設置領
域の略全域に向けて上昇する流れを形成するこ
ととなる。 また、血液流槽内の血液流出口が開口する部
分には、管体群設置領域の略全域に対する上方
に位置する血液流調整室の空間が形成される。
したがつて、上記により管体群設置領域の略
全域において上昇する血液は、上記の上方の血
液流調整室側の略全域に大きな背圧の抵抗を形
成されることのない状態で、該血液流調整室の
全空間に流れ込み、その後、該血液流調整室の
側面に開口する血液流出口から外部に流出する
こととなる。 したがつて、上記，により、血液流槽を
通過する血液は、従来の如く血液流入口から血
液流出口に向かう直線上経路を短絡的に移動す
ることなく、管体群設置領域の全域に均等に分
散して移動する。これにより、血液の通過流量
が管体群設置両域の局部において過多もしくは
過少となることがなく、すべての血液を均等に
熱交換でき、血液成分が熱交換の過不足に起因
して悪影響を受ける等がない。 また、上記により、血液流槽の槽内の全域
を熱交換のために有効に用いるものであるか
ら、熱交換器の小型化を達成できる。 また、血液を管体群設置領域の全域に分散し
て移動させるために従来の如くの邪魔板を用い
るものでないから、血液が邪魔板や槽内壁に衝
突することがなく、血液損傷を起こすおそれも
ない。 すなわち、請求項１に記載の本考案によれば、
上記〜により本考案の前述した目的を達成で
きる。 なお、請求項２に記載の本考案によれば、後述
する如く、熱交換器の熱交換能および圧力損失の
両者を満足させながら、本考案の前述した目的を
より良好に達成できる。 実施例 第１図は本考案の一実施例に係る血液用熱交換
器を示す一部破断の正面図、第２図は第１図の
−線に沿う断面図、第３図は第１図の−線
に沿う断面図、第４図は第１図の部を拡大して
示す断面図である。 血液用熱交換器１０は、全体略直方体の函体１
１からなり、該函体１１の長手方向を水平状態と
して用いる。函体１１内部の長手方向中央部位に
は、血液収容室を有する血液流槽１２が形成さ
れ、該血液流槽１２は函体１１内部を区画壁１３
により区画して形成される。すなわち、血液流槽
１２は、函体１１内部の長手方向中央位置に対し
て一対の区画壁１３を対向配置する状態で形成さ
れ、各区画壁１３を函体１１の内部に形成される
凹溝１４の嵌合させるようにしている。さらに各
区画壁１３の血液流槽１２の内側には、ポリウレ
タン等の樹脂材１５が充填固化されている。 血液流槽１２の対向する側壁の上下位置で、第
３図に示す函体１１の一対の側面対角線位置に
は、それぞれ孔部１６がその開口が管体群に面し
ないように形成され、各孔部１６のうち下側の孔
部１６には血液流入口１７が、上側の孔部１６に
は血液流出口１８がそれぞれ形成されるようにし
ている。血液流入口１７は体内より取出される血
液１９を血液流槽１２へ流入可能とする血液流入
管２０が接続可能とされ、また、血液流出口１８
には、血液流槽１２から体内側へ血液１９を供給
可能とする血液流出管２１が接続可能とされる。
この結果、血液流入口１７から流入される血液１
９が血液流槽１２内を通過する状態で血液流出口
１８から流出されることとなる。 血液流槽１２の内部で血液流入口１７と血液流
出口１８の間の上下方向略中央部位には、内部に
熱交換媒体を通過可能とする複数の管体２２を略
平行に配設して槽内を上下に区分けする管体群を
形成してなる。この管体２２は、ステンレス製と
され、それぞれの管体２２同士を相互に平行状態
にして層状に配設してなる。管体２２の長手方向
〔Ａ方向〕両端部はそれぞれ区画壁１３および樹
脂材１５に支持されてなる。函体１１内部のう
ち、血液流槽１２に対する函体１１長手方向の両
端位置には、管体２２に対する熱交換媒体の流入
および流出を可能とする流入室２３と流出室２４
がそれぞれ形成され、流入室２３は第２図に示す
血液流槽１２に対する左端側に、流出室２４は血
液流槽１２に対する右端側にそれぞれ配設され
る。また、流入室２３および流出室２４のそれぞ
れは、区画壁１３および樹脂材１５により血液流
槽１２に対して隔離される。さらに、流入室２３
には、流入室２３内への熱交換媒体の供給を可能
とする供給口２５が、流出室２４には、流出室２
４からの熱交換媒体の排出を可能とする排出口２
６がそれぞれ形成される。流入室２３を区画する
区画壁１３には、管体２２内に熱交換媒体を流入
する連通口２７が各々の管体毎に形成され、また
流出室２４を区画する区画壁１３には、管体２２
内の熱交換媒体を流出室２４内へ流出可能とする
連通口２８が各々の管体毎に形成される。これに
より、熱交換媒体は第４図に示すように管体２２
内を通過する状態で順次流入室２３から流出室２
４に送られることとなり、血液流槽１２内を通過
する血液１９の熱交換が可能となる。なお、供給
される熱交換媒体としては、温水、冷水等を用い
ることが可能とされる。 血液流槽１２に配設される管体２２からなる管
体群２２Ａは、血液流槽１２内において一定の長
手方向長さａとされる。また、血液流槽１２内に
おいて、血液１９は管体と略直交するように、図
示の例では下方から上方へ流れる状態とされ、管
体群２２Ａは、該血液１９の流路方向〔Ｂ方向〕
に対して第３図に示すように函体の上下方向の中
央部位に一定長さｂ、一定幅ｃを有するものとさ
れる。これにより、管体群２２Ａは、血液流槽１
２内において略直方体形状のものとされる。な
お、本実施例に係る血液の熱交換器１０の管体群
２２Ａは、ｂ／ａの比で0.7〜1.5の範囲とされ、
またｃ／ａの比で0.5〜1.0範囲を有する状態で配
設される。さらに、管体群２２Ａを構成する各管
体２２は、相互に一定間隔Ｔを有する状態とさ
れ、第３図に示すように各管体２２同士が相互に
正三角形を描く状態で配設される。 血液流槽１２内のうち管体群２２Ａの設置領域
の略全域に対する下方位置および上方位置のそれ
ぞれには、血液流調整室２９および３０が形成さ
れる。血液流調整室２９および３０は、孔部１６
から流入もしくは孔部１６へ流出する血液が直接
管体群に向かわないように流れ方向を変えるとと
もに、群状に配設される各管体２２に対する血液
１９の通過流量を略均等化するものであり、血液
流槽１２内における管体２２の長さａ方向および
管体群２２Ａの幅ｃ方向において略均等量の血液
１９が下方から上方へ矢示Ｂ方向に流れるように
調整可能としている。すなわち、血液流槽１２の
下方に位置する血液流調整室２９は、その側面に
設けられた血液流入口１７と接続され、血液流入
口１７から血液流槽１２内に流入される血液１９
を一旦該調整室に充満させることにより管体群に
直接流れ込まないようにしている。この結果、血
液流調整室２９に充満される血液１９が、管体２
２の長さａ方向および管体群２２Ａの幅ｃ方向に
おいて均等に上昇され、各管体２２に対する血液
１９の通過流量がそれぞれ略均等とされる。各管
体２２の間をぬう状態で血液流槽１２内を通過さ
せる血液１９は、一旦、上方に位置する血液流調
整室３０に充満され、さらに血液流調整室３０に
充満される血液１９は、血液流調整室３０に接続
される血液流出口１８から流出されるようにして
いる。これにより、血液流槽１２内を上昇する血
液１９を血液流調整室３０を通過される状態で順
次流出させることが可能となり、管体２２の長さ
ａ方向および管体群２２Ａの幅ｃ方向において、
均等に上昇される血液１９の流れに影響を及ぼす
ことなく、血液流調整室３０から血液流出口１８
へ熱交換の行なわれた血液１９を順次流出可能と
している。 以下、上記実施例に係る熱交換器１０を人工肺
の体外循環回路に用いる場合を説明する。第５図
は人工肺の体外循環回路を示し、体内の静脈より
取出される血液１９をポンプ３１の作動により人
工肺３２へと循環させようとしている。人工肺３
２において酸素が取り入れられた血液１９は、上
記実施例に係る血液の熱交換器１０へと送られ、
該熱交換器１０において通常の血液温度に復温さ
れた後、再び人体の動脈へと供給するようにして
いる。すなわち、人工肺３２を通過する血液１９
は、該通過により温度低下をきたし、そのままの
状態では人体に供給不可能とされるためである。
なお、熱交換器１０には、温度40℃前後の温水を
用いるようにする。 しかして、上記熱交換器１０によれば、以下の
作用効果がある。 血液流槽１２の内部に開口する血液流入口１
７は、管体群２２Ａの設置領域の略全域に対す
る下方に位置する血液流調整室２９の空間の側
面に位置する。したがつて、血液流入口１７か
ら流入することとなる血液は、まず上記の下方
の血液流調整室２９の全空間に拡散する如くに
広がり、その後、管体群２２Ａの設置領域の略
全域に向けて上昇する流れを形成することとな
る。 また、血液流槽１２の内部の血液流出口１８
が開口する部分には、管体群２２Ａの設置領域
の略全域に対する上方に位置する血液流調整室
３０の空間が形成される。したがつて、上記
により管体群２２Ａの設置領域の略全域におい
て上昇する血液は、上記の上方の血液流調整室
３０の側の略全域に大きな背圧の抵抗を形成さ
れることのない状態で、該血液流調整室３０の
全空間に流れ込み、その後、該血液流調整室３
０の側面に開口する血液流出口１８から外部に
流出することとなる。 したがつて、上記，により、血液流槽１
２を通過する血液は、従来の如く血液流入口１
７から血液流出口１８に向かう直線上経路を短
絡的に移動することなく、管体群２２Ａの設置
領域の全域に均等に分散して移動する。これに
より、血液の通過流量が管体群２２Ａの設置両
域の局部において過多もしくは過少となること
がなく、すべての血液を均等に熱交換でき、血
液成分が熱交換の過不足に起因して悪影響を受
ける等がない。 また、上記により、血液流槽１２の槽内の
全域を熱交換のために有効に用いるものである
から、熱交換器１０の小型化を達成できる。 また、血液を管体群２２Ａの設置領域の全域
に分散して移動させるために従来の如くの邪魔
板を用いるものでないから、血液が邪魔板や槽
内壁に衝突することがなく、血液損傷を起こす
こともない。 すなわち、上記上記実施例によれば、小型でか
つ血液損傷の少ない熱交換器１０を用いて、血液
流槽１２を通過するすべての血液を均等に熱交換
できる。 次に、上記実施例の構成からなる本考案例とし
ての血液用熱交換器と、血液が血液流調整室の
如くを介することなく直接管体群に流れ込むよう
に血液流入口を血液流槽の底面に設けた比較例と
しての血液用熱交換器について、それぞれ血液
を通過させ、熱交換効率の実験を行なつた。な
お、実験に用いる熱交換器およびのそれぞれ
は、同一形状、同一容量の血液流槽を有し、管体
群をステンレスパイプ500本で構成するものとし、
血液流槽内における管体の長手方向での長さａを
70mm、管体群の流路方向での長さｂを74mm、管体
群の流路方向での幅Ｃを56mmとした。これによ
り、ｂ／ａの比で1.06、ｃ／ａの比で0.80となつ
た。また、ステンレスパイプは、ワイヤーゲージ
で16ゲージ（内径1.45mm、肉厚0.1mm）を示すも
のが用いられた。さらに、熱交換媒体には、温水
が用いられ、該温水は流量10／minとし、また
供給口での温度を40℃とした。 実験は、血液流入口および血液流出口でのそれ
ぞれの血液温度を測定し、各血液用熱交換器の
およびの熱交換効率を測定した。また実験は血
液流量をそれぞれ3.0／minと5.0／minの場
合についてそれぞれ１回ずつ行ない、血液はヘマ
トクリツト値35％に調節した牛血を用いた。 表１は、実験結果を示すものであり、この結果
が示すように血液流調整室の側面に流入口を設け
た本考案に係る血液用熱交換器の方が十分な熱
交換能を得られることがわかつた。また、実験に
おいて血液の流れを可視的に促えることができる
ものとし、その流れを観察した結果、の熱交換
器は、流入する血液が直接管体群に流入しないよ
うに、血液流調整室の側面に流入口を設けたこと
により、血液が、管体の長さａ方向および管体群
の幅ｃ方向において均等に上昇される状態が目視
され、全ての管体が熱交換に十分寄与しているこ
とが確認された。これに対し、の交換器では、
血液流槽の底面の流入口より流入した血液がその
まま管体群に流れ込み、各管体に対する血液の通
過流量が、それぞれの位置で異なる状態が確認さ
れた。このことから、の熱交換器の方がより均
等に血液の熱交換が行なわれることがわかる。 次に、上記実施例に係る血液用熱交換器１０に
おいて、血液流路方向〔Ｂ方向〕に対する管体群
２２Ａの長さｂ、幅ｃをそれぞれ変え、それぞれ

【表】 の場合における熱交換能および圧力損失を測定し
た。実験に用いる熱交換器はそれぞれ管体群２２
Ａを16ゲージのステンレスパイプ500本で構成す
るものとし、血液流槽１２内における管体２２の
長手方向の長さａを70mmとした。さらに、熱交換
媒体には、温水が用いられ、該温水は流量10／
minとし、また供給口２５での温度を40℃とし
た。 実験は、ｂ，ｃ、の値を変えたNo.１〜No.３の３
つの血液の熱交換器について行ない、血液流入口
１７での血液１９の温度30℃に対する血液流出口
１８での血液１９の温度を測定して行なつた。同
時に圧力損失についてもそれぞれ測定を行なつ
た。また、実験は、血液流量を5.0／minの場
合について行ない、血液はヘマトクリツト値35％
に調節した牛血を用いた。 表２は、実験結果を示すものであり、この結果
が示すように高い熱交換能を得るには、血液流路
方向〔Ｂ方向〕に対する管体群２２Ａの長さｂを
大きくし、管体群２２Ａの幅ｃを小さくすること
が好ましく、また、圧力損失を小さくおさえるに
は、血液流路方向〔Ｂ方向〕に対する管体群２２
Ａの長さｂを小さくし、管体群２２Ａの幅ｃを大
きくすることが好ましいことがわかる。そこで、
熱交換能および圧力損失の両者を満足させるため
には、ｂおよびｃのそれぞれの値をバランスよく
することが最も好ましく、したがつて、ｂ／ａの
比で0.7〜1.5、ｃ／ａの比で0.5〜1.0の範囲とす
るのが適当とされる。

【表】 考案の効果 以上のように本考案によれば、小型で、かつ血
液損傷の少ない熱交換器を用いて、血液流槽を通
過するすべての血液を均等に熱交換できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る血液用熱交換
器を示す一部破断の正面図、第２図は第１図の
−線に沿う断面図、第３図は第１図の−線
に沿う断面図、第４図は第１図の部を拡大して
示す断面図、第５図は、本考案の一実施例に係る
血液用熱交換器を使用して構成される人工肺の体
外循環回路を示す模式図である。 １０……血液用熱交換器、１２……血液流槽、
１７……血液流入口、１８……血液流出口、１９
……血液、２２……管体、２９，３０……血液流
調整室。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 血液流入口を下部に備えるとともに、血液流
   出口を上部に備える血液流槽と、該血液流槽内
   にあつて該血液流入口から血液流出口へ流れる
   血液流を横断するとともに、互いに並設されて
   該血液流槽外まで延び、熱交換媒体を通過可能
   とする複数の管体からなる管体群と、各管体の
   両端部にそれぞれ連通する熱交換媒体の入口お
   よび出口とを有してなる血液用熱交換器におい
   て、前記血液流槽内における管体群設置領域の
   略全域に対する下方および上方のそれぞれに血
   液流調整室を形成する空間を設け、前記血液流
   入口と血液流出口のそれぞれを対応する上記各
   血液流調整室の側面に開口したことを特徴とす
   る血液用熱交換器。 (2) 各管体の血液流槽内における長さをａとし、
   管体群の長手方向に直交する断面内における管
   体群の血液の通過方向に沿う長さをｂとし、さ
   らに上記断面内における管体群の血液の通過方
   向に直交する方向における幅をｃとする時、
   ｂ／ａの比を0.7〜1.5の範囲とし、かつｃ／ａ
   の比を0.5〜1.0の範囲とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の血液用熱交換器。