[發明專利]卷繞的換熱器

有效

• 申請號: 201280005425.0
• 申請日: 2012-01-23
• 公開（公告）號: CN104220106B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: P·克盧捷;R·歐森;S·羅勒;C·普洛特;A·麥克勒維什;李明;M·拉克森;J·諾爾;G·哈克
• 申請（專利權）人: 美敦力公司
• 主分類號: A61M1/16
• 分類號: A61M1/16;A61M1/36;B01D63/02;B29C53/66
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 劉佳

背景技術

本發明涉及毛細管件換熱器。更具體來說，本發明涉及用于體外血液回路換熱器的毛細管以及相關的制造方法。

流體對流體式換熱器用在許多不同的產業中，并且通常結合期望的最終用途來構造。例如，換熱器是體外分流或心肺分流回路的重要部件。作為參照，通常在心肺分流術期間（即，心肺分流機）中使用體外血液回路，以從患者循環系統的靜脈部分抽出血液，并將血液返回至動脈部分。體外血液回路通常包括靜脈管線、靜脈血液管線貯存器、血泵、充氧器、換熱器、動脈管線以及血液輸送管件、端口和將這些部件互連起來的連接件。換熱器根據需要調節體外血液的溫度。例如，換熱器能位于充氧器上游，并且進行操作以在充氧作用之前對來自患者的血液進行冷卻；或者，換熱器能進行操作以對體外血液進行加熱。

不管換熱器和患者血液之間的傳熱方向如何，體外血液回路換熱器通常由金屬波紋管和多個金屬或塑料管（毛細管）制成；在血液繞管外部流動的同時，將諸如水之類的合適傳熱流體泵送通過管內腔。換熱流體可被加熱或冷卻（相對于血液的溫度）。在血液與管件接觸時，沿期望的方向在血液和換熱流體之間發生熱傳遞。或者，血流能流過管內腔，而傳熱流體繞管外部流動。

為了對回路的灌注體積具有最小的影響，希望使體外換熱器盡可能的小，而同時仍提供較高的換熱效率。為了滿足要求，毛細管是微直徑或纖維狀的（例如，外直徑不大于約0.05英寸）。換熱流體通過毛細管的壁厚與體外回路的血液流體隔離，從而保持這些流體隔開，但同時允許熱量從一種流體傳遞至另一種流體。

通常的毛細管件形式將大量微直徑的管子預組裝成墊子。這些毛細管利用形成墊子經線(warp)的細線或縫線編織、織造或以其它方式保持在一起。對于換熱器應用場合來說，毛細管墊必須以形成毛細管束的方式扎在一起。通常，將墊子纏繞或卷繞在芯部或芯軸周圍。當將墊子連續地卷繞在芯軸周圍時，墊子會翹曲或卷繞到其自身上，從而造成一系列徑向增大的層。墊子的毛細管通常“偏置”成使管子不與墊子的寬度平行。具有相對的偏置角的兩層墊子能同時卷繞在芯部上，以防止在將墊子纏繞在其自身上時使后續各層的毛細管嵌入前一層的毛細管之間的間隙內。

盡管極為可變，基于毛細管墊的換熱器具有一定的缺點。例如，毛細管件由于編織或織造工藝的復雜性而昂貴。此外，毛細管的尺寸、偏移量、材料、間距等是固定的，因而，使這些參數中的一個或多個可獲得的可能益處是不可獲得的。

毛細管束還用于其它物質轉移裝置，以及特別是血液充氧器。作為參考，用于充氧器的毛細管件與用于換熱器的毛細管件明顯不同；充氧器毛細管件是多孔或半透性的，而換熱器毛細管件是不透流體的。這些差異影響流體流動特性，并會影響到制造工藝。在任何情況下，類似于上述說明的織造的毛細管墊可用于形成充氧器毛細管束。在替代的方法中，將單個毛細管或毛細管帶直接卷繞在轉動的芯部上，從而產生螺旋形的卷繞樣式。在美國專利第4,975,247號中闡釋了一個這種充氧器束卷繞技術，該專利以其它方式描述了用專門的卷繞設備來卷繞充氧器毛細管的手段。無論這種技術是否適用于換熱器毛細管束，‘247專利（以及其它類似的技術）的螺旋形的卷繞形式造成在各個層內毛細管的交錯。在許多情況下，這種交錯可小于對于體外血液回路換熱器功能和性能來說最佳的情況。

鑒于上述，需要改進的換熱器毛細管束制造技術以及對于從這種技術獲得的毛細管束和換熱器，這種技術結合了低成本和對生產的直接控制。

發明內容

本發明的一些方面涉及用于體外血液回路換熱器的毛細管束子組件。毛細管束子組件包括基材芯部和至少一個連續的毛細管件。芯部限定具有中心縱向軸線的圓柱形外表面、第一端部、與第一端部相對的第二端部以及在芯部端部之間沿中心軸線方向的長度。毛細管件卷繞在外表面周圍以限定分別包括多個毛細管段的多層。毛細管段至少橫穿芯部的大部分長度，各個毛細管段限定與第一芯部端部相鄰的第一終端以及與第二芯部端部相鄰的第二終端。每一層的毛細管段相對于中心軸線周向對準，每個后續層相對于前一層徑向向外。各個毛細管段整個不與中心軸線平行，從而在對應的相對終端之間延伸地繞中心軸線部分地盤繞。在這方面，各個毛細管或毛細管段繞中心軸線卷繞或纏繞小于一整圈（即，卷繞小于360°）。