JP2006325751A - 輸液熱交換器及び輸液熱交換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 体内に供給される輸液の温度が所定温度となるように流路部12内の前記輸液の温度調整を行う輸液熱交換器11であって、前記輸液が流れる流路部12と、流路部12に着脱自在に装着されて、前記輸液の熱を交換する熱交換ユニット21とからなり、流路部12は、高熱伝導材料で構成され、外形がプレート状とされており、熱交換ユニット21は、プレート状とされた流路部12に接触するように配置されたペルチェモジュール22を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
一般工業用に広く使用されている熱交換器は、液体が流れる流路部と熱交換を行う部分とが一体構造とされており、流路部を使い捨てにできるものではなかった。医療用として使用する場合には、衛生面を考慮して輸液が流れる流路部を使い捨てできる構造のものでなければならないため、一般工業用の熱交換器を使用することはできなかった。
この構成の輸液熱交換器1では、熱交換を行う水路3と輸液の流路部2とが別部材となるため、流路部2を使い捨てとすることができるものである。しかしながら、熱交換水Wを循環させる機構等を別途設ける必要があり、構造や操作が非常に複雑になるといった問題があった。
特許文献1に開示されている輸液熱交換器は、軟質チューブを曲げて波面状平板型の流路部を成形し、この流路部を加温板で挟み込み、加温板に電熱ヒータあるいは電子冷却素子を設けるとともに、加温板と流路部との間にシリコンラバー等の充填材を備えた構成とされている。
また、加温板に電子冷却素子としてペルチェモジュールが設けられている場合には、熱交換効率の悪いために、輸液を所定の温度に調整するのに必要な電力が大きくなり、大容量の電源を配備しなければならないといった問題があった。
また、流路部が軟質チューブで構成されているので、流路部内の圧力変化によって流路部の断面が変形して、輸液が流れなくなるおそれがあった。
請求項1に記載の輸液熱交換器は、体内に供給される輸液の温度が所定温度となるように流路部内の前記輸液の温度調整を行う輸液熱交換器であって、前記輸液が流れる前記流路部と、該流路部に着脱自在に装着されて前記輸液の熱を交換する熱交換ユニットとからなり、前記流路部は、高熱伝導材料で構成され、外形がプレート状とされており、前記熱交換ユニットは、前記プレート状とされた前記流路部に接触するように配置されたペルチェモジュールを備えていることを特徴としている。
この構成の輸液熱交換器では、流路部を挟み込むように一対のペルチェモジュールが配置されているので、2つのペルチェモジュールによって熱交換が行われる。
この構成の輸液熱交換器では、高熱伝導材料で構成されたパイプが並列状に並べられたことによって流路部がプレート状に形成され、この流路部と接触するペルチェモジュールの内側に、シリコンラバーよりも熱伝導度の高い高熱伝導体で構成された熱伝導部が配置されているので、流路部とペルチェモジュールとが熱伝導部を介して熱的に接続される。
ここで、高熱伝導体としては、例えば、熱伝導率が約1W/(m・K)の熱伝導体ゲル状のシート等や熱伝導率が約200W/(m・K)のアルミ合金等が挙げられる。また、熱伝導部を、複数の前記パイプの表面形状と相補的な形状とするための一手段として低硬度の熱伝導性ゲル材を使用してもよい。
この構成の輸液熱交換器では、流路部のペルチェモジュールとの接触部位が平面状とされているので、ペルチェモジュールと流路部が確実に接触することになる。また、流路部の内部に乱流発生体が配置されているので、輸液の流れが乱流状態とされ、輸液と流路部の内壁面との接触が促進される。
この構成の輸液熱交換器では、流路部が熱伝導率約15W/(m・K)であるステンレスで構成されており、上述した合成樹脂に比べて熱伝導率が非常に高く、熱交換器の熱交換効率が大幅に向上する。
この構成の輸液熱交換器では、ペルチェモジュールの外側に備えられた冷却部によってペルチェモジュールが冷却され、流路部から吸熱した熱が効率的に放熱される。
この構成の輸液熱交換器では、冷却部に備えられたファンよって、ペルチェモジュールを確実に冷却され、流路部から吸熱した熱が効率的にかつ確実に放熱される。
この構成の輸液熱交換装置では、コントロールユニットによってペルチェモジュールに流れる電流を制御して、ペルチェ効果による吸熱量及び放熱量を調整できる。
この構成の輸液熱交換装置では、流路部の温度を測定しながら、ペルチェモジュールに流れる電流を制御して、ペルチェ効果による吸熱量及び放熱量を調整できる。
また、流路部に熱交換ユニットが着脱可能に装着されているので、流路部を容易に使い捨てとして使用できる。
また、流路部がパイプを並べた構成とされているので、構造が簡単であり、使い捨てとされる流路部の製作コストを低減できる。
また、流路部がステンレスで構成されているので、流路部の形状を安定的に形成できるとともに、流路内の圧力変化による流路部の変形を抑えることができ、輸液を確実に流すことができる。
輸液熱交換装置10は、図2に示すように、輸液熱交換器11と、コントロールユニット31とで構成されている。
流路部12は、ステンレスで構成され、外形がプレート状とされている。本実施形態においては、流路部12の側面が平面状とされた箱形に形成され、上部に輸液供給口13が、下部に輸液排出口14が形成されている。そして、この箱型の流路部12の内部には、輸液の流れを乱流状態とする乱流発生体15が配置されている。本実施形態では、図1に示すように、輸液供給口13から輸液排出口14までの流路の断面積を小さくするように乱流発生体15が配置されている。
流路部12の輸液供給口13と輸液排出口14とに配管32が接続され、ペルチェモジュール22にコントロールユニット31が配線されている。このようにして輸液熱交換装置10が構成されている。
また、流路部12に熱交換ユニット21が着脱可能に装着されており、流路部12部分を使い捨てとすることができて衛生的であるので、医療用の熱交換装置として使用することができる。
また、流路部12内に乱流発生体15が備えられているので、輸液が乱流状態となり、流路部12の側面内壁と輸液との接触が促進され、輸液の熱交換効率をさらに向上することができる。
この輸液熱交換器41では、流路部12は、断面円形をなすステンレスパイプが複数並列状に並べられた構造とされており、流路部12のパイプの軸方向に垂直な断面における側面12Aが波形形状を呈している。
また、流路部12の側面12Aがなす波形形状に嵌合可能な熱伝導部42が設けられているので、シリコンラバー等を充填する必要がなく、流路部12とペルチェモジュール22とが熱伝導部42を介して熱的に接続され、熱交換効率を向上することができる。
また、波形形状同士の接触となるので、接触面積が増大し、熱交換効率をさらに一層向上することができる。
また、冷却部として空冷用のファンを備えたもので説明したが、これに限定されることはなく、フィン等の他の冷却手段であってもよい。
11、41 輸液熱交換器
12 流路部
15 乱流発生体(乱流発生部)
21 熱交換ユニット
22 ペルチェモジュール
23 冷却部
31 コントロールユニット
42 熱伝導部
Claims (9)
- 体内に供給される輸液の温度が所定温度となるように流路部内の前記輸液の温度調整を行う輸液熱交換器であって、
前記輸液が流れる前記流路部と、該流路部に着脱自在に装着されて、前記輸液の熱を交換する熱交換ユニットとからなり、
前記流路部は、高熱伝導材料で構成され、外形がプレート状とされており、
前記熱交換ユニットは、前記プレート状とされた前記流路部に接触するように配置されたペルチェモジュールを備えていることを特徴とする輸液熱交換器。 - 前記熱交換ユニットは、前記流路部を挟み込むように配置された一対の前記ペルチェモジュールによって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の輸液熱交換器。
- 前記流路部は、前記高熱伝導材料で構成されたパイプが並列状に並べられた構造とされ、前記ペルチェモジュールの内側に、前記流路部をなす複数の前記パイプの表面形状と相補的な形状をなし、高熱伝導体で構成された熱伝導部が配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の輸液熱交換器。
- 前記流路部は、前記ペルチェモジュールとの接触部位が平面状とされた箱型に形成され、前記流路部の内部に前記輸液の流れを乱流状態とする乱流発生部を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の輸液熱交換器。
- 前記流路部を構成する前記高熱伝導材は、ステンレスであることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の輸液熱交換器。
- 前記熱交換ユニットの前記ペルチェモジュールの外側に冷却部が備えられていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の輸液熱交換器。
- 前記冷却部には、空冷ファンが備えられていることを特徴とする請求項6に記載の輸液熱交換器。
- 請求項1から請求項7に記載の輸液熱交換器の前記ペルチェモジュールに、前記ペルチェモジュールに流れる電流を制御するコントロールユニットが接続されたことを特徴とする輸液熱交換装置。
- 前記コントロールユニットには、前記流路部の温度を測定する測定部が備えられ、前記流路部の前記温度を指標として、前記ペルチェモジュールに流れる前記電流を制御することを特徴とする請求項8に記載の輸液熱交換装置。
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