JP2001231853A - 医療用液体の熱交換用容器及び温度調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 医療現場において、医療用液体を迅速かつ精
密に温度調節するための温度調節装置、及びそこに用い
る熱交換用容器を提供する。 【解決手段】 医療用液体を流入させる入口部、前記液
体を流通させる空間を内部に有する金属製シェルからな
る本体部、及び本体部の内部を通過した液体を流出させ
る出口部を有し、シェルの内側方向には畝状に突出する
１又はそれ以上の流路案内壁を有しており、本体部の内
部には流路案内壁によって液体の流れを導く液体流路が
形成されており、液体流路の全体としての長さが金属製
シェルの最も長い辺の長さよりも長く設定されているこ
とを特徴とする熱交換用容器を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動物、特にヒトに
関する医療分野において、体内に注入すべき液体の温度
を調節する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】医療現場において、輸血、輸液又は補液
を身体に供給する場合、同時に、それらの液体の温度調
節（例えば、加温若しくは加熱又は冷却）を行うことが
必要とされる場合がある。例えば、透析に際して、室温
程度まで温度が低下した血液を加温するために、透析液
自体を体温程度まで加温又は加熱することが必要とされ
る場合がある。また、例えば、脳等の特定の臓器につい
て手術を行う場合に、多量の出血や臓器の代謝を抑制す
る目的で、その臓器及び／又はその臓器の周囲の臓器を
低温状態に保持することが試みられている。

【０００３】補液を血管に供給する直前に、その供給す
る液体を低温に冷却する体外循環装置は、特開平９―２
９００２１号公報において開示されている。そこでは、
医療分野、特に脳外科の分野で使用されている分離冷却
法と称される方法に体外循環装置を用いて、身体の一部
を選択してその部位を局所的に冷却することを開示して
いる。このような分離冷却法は、例えば、身体の局所
（例えば頭部）に手術を施す時のように出血が心配され
る場合、あるいは局部的に生体機能の代謝を一時的に低
下させてその間に治療を行う場合等に、用いられ得る局
部冷却方法である。

【０００４】このような用途において、従来は、冷媒と
しての冷却水又はブラインなどが入れられているタンク
の中に、軟質プラスチック材料、例えば塩化ビニール等
からなるチューブを渦巻き状などの形態にして入れ、そ
のチューブの中に輸血、輸液又は補液すべき液体を通過
させて、液体の冷却を行うことが可能であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして行う温度調節では、良好な冷却効率（熱交換効
率）は得られないため、長いチューブを用いることが必
要となって装置全体が嵩張る事態に至ったり、又は、長
いチューブをタンク内に出し入れする際に冷却水等がタ
ンクの周囲にこぼれたり、或いは冷却水等がチューブを
伝わってしたたり落ちたりすること等によって、タンク
を設置している床面が不潔又は不衛生となる事態に至っ
たりすることも少なくなかった。更に、長いチューブを
用いることなどのために、冷却すべき液体の体積に比べ
て、タンクは比較的大きな規模となって、大きなスペー
スを要することや、タンク又は冷却水の移動が困難であ
るという問題点も生じていた。

【０００６】更に、タンク内の水を冷却に用いる場合に
は、設定温度を微妙に調節しようとする場合に、水全体
の熱容量が大きいため、迅速かつ精密に温度を変化させ
ることは困難であった。また、冷蔵庫内で保存されてい
た血液を輸血する場合には、血液を血管に注入する前に
体温と同程度の温度まで加熱（又は加温）することが望
ましい場合もあるが、加熱による温度調節の場合にも、
上述したのと同様の問題点が指摘されていた。

【０００７】そこで、軟質プラスチック材料のチューブ
の代替手段としては、軟質プラスチック材料、例えば軟
質の塩化ビニール等のシートを少なくとも２枚重ねて、
液体の流路の輪郭となる部分をシールすることによって
形成されるバッグが用いられるに至っていた。更に、冷
却源又は加熱源としても、迅速かつに精密に温度を変化
させ、調節するという応答性の点から、電気的制御手段
を用いて温度調節板を冷却又は加熱する温度調節装置が
用いられるに至っていた。

【０００８】このようなバッグと温度調節装置との組合
せによれば、冷却及び／又は加熱機能を有する２枚の温
度調節板を適当な間隔を隔ててほぼ平行に配し、その２
枚の温度調節板の間にバッグを配置し、バッグの内部に
所定の液体を流通させて、その膨らんだ状態でバッグの
表面を温度調節板の表面に対して接触させることによっ
て、バッグを介して液体を間接的に冷却又は加熱させ、
液体の温度調節を行っていた。

【０００９】この種のバッグは、軟質の塩化ビニール等
のシートにおいて、液体の流路の輪郭となる部分をシー
ルして形成されているため、流通させる液体の供給圧力
が過大になった場合には、バッグの流路の部分は更に膨
らんで、シール部も外側へ向かって引っ張られる結果、
シール部から液漏れが発生するおそれがあった。このよ
うな液漏れを防止するためには、流路の輪郭部分におけ
るシールの強度を向上させたり、とじしろとなるシール
部の面積を大きく設定したりする必要があった。しかし
ながら、バッグの温度調節板に面する面の面積全体に対
して、温度調節板に直接的に接触して、温度調節（液体
と温度調節板との間の熱交換）に有効に利用されるバッ
グの流路部分の面積の割合を大きく設定するには、一定
の限界が存在していた。

【００１０】また、温度調節板の表面と、軟質プラスチ
ック材料、特に塩化ビニールのシートとの間での熱伝導
性は必ずしも良好ではないという問題もあった。更に、
このようなバッグにおける液体の流路は、通常はバッグ
内部において所定のパターンにて蛇行する１本のチュー
ブを形成する単管状の形態であって、軟質プラスチック
材料により形成されるバッグ自体の剛性が乏しいため、
冷却効率を上げるためのフィン等を流路内に設けること
も困難であった。

【００１１】また、塩化ビニール製のバッグは使い捨て
を目的としており、リサイクルなどは考慮されておら
ず、資源としての無駄につながっていた。本発明は、医
療用液体の温度調節装置について、上述のような従来技
術における種々の問題点を克服することを目的とするも
のである。本発明は、また、上記のような電気的制御を
行う温度調節装置に用いるのに有用な熱交換用容器を提
供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、１つの要旨に
おいて、医療用液体を流入させる入口部、前記液体を流
通させる空間を内部に有する金属製シェルからなる本体
部、及び本体部の内部を通過した液体を流出させる出口
部を有する熱交換用容器であって、シェルの内側方向に
は畝状に突出する１又はそれ以上の流路案内壁が設けら
れており、本体部の内部には、流路案内壁によって、液
体の流れを導く液体流路が形成されていることを特徴と
する熱交換用容器を提供する。

【００１３】本発明は、もう１つの要旨において、上記
の熱交換用容器に加えて、ペルチェ素子を含む温度調節
部及び温度測定部が設けられていることを特徴とする医
療用液体の温度調節装置を提供する。

【００１４】本発明において、熱交換用容器及び温度調
節装置に流通させる医療用液体とは、医学的治療または
検査もしくは診断のような医療処置に使用する液体であ
れば特に限定されるものではない。例えば、そのような
液体には、医療処置に用いる補液、希釈液または輸液と
呼ばれている液体が含まれる。このような液体は、意図
する所定の医療処置に際して、冷却又は加熱することが
必要とされる場合があり、本発明の熱交換用容器又は温
度調節装置はそのような用途に用いることができる。

【００１５】具体的には、医療用の液体として栄養分お
よび／または電解質を含む水溶液を例示でき、例えばリ
ンゲル液、乳酸リンゲル液、低分子デキストリン含有リ
ンゲル液（例えば５％含有）等の等張液が本発明の液体
に含まれる。液体は、溶液である必要は必ずしもなく、
全体として液状の流体として扱うことができるものであ
ればよい。例えば、分散液、懸濁液等の形態であっても
よく、血液も液体に含まれる。また、適当であるなら、
気体を含んでいてもよい。

【００１６】より具体的には、次のような補液を本発明
の医療用液体として例示できる：所定の温度に冷却した
補液としての乳酸リンゲル液を脳に供給して、脳を選択
的に所定温度に冷却する方法（「分離冷却法」とも呼ば
れる）（J．Neurosurg；第２４巻，第９９４〜１００１
頁，１９６６年，参照、Neurosurgery；第３１巻，第１
０４９〜１０５５頁，１９９２年）参照）に使用する補
液。補液（または希釈液もしくは輸液）を所定温度に冷
却または加温して血管に（従って、体内に）計量注入す
る補液供給ユニット、血管から（従って、体内から）補
液によって希釈された希釈血液を計量導出（または脱
血）し、導出した希釈血液を濃縮するための血液濃縮ユ
ニット、および濃縮血液を加温または冷却して血管に計
量注入する血液供給ユニットを有して成る、身体の一部
分を特定の温度にて維持する分離温度調節法（または選
択的冷却（もしくは加温）法）に用いる体外循環装置
（例えば特開平９―２９００２１号公報参照）を使用し
て供給する補液。

【００１７】更に、点滴に用いる種々の成分（例えば、
薬剤、栄養分、電解質等）を含む液体、透析液等も本発
明の導管を用いて輸送する液体に含まれる。また、癌組
織または癌前駆組織には、高温（例えば４２〜４３℃）
に加温すると死滅すると言われているものがあり、その
ような組織を高温に加熱するために、その組織を有する
身体の臓器またはその一部分にのみ高温の液体（例えば
補液）を供給することもあるが、そのような補液も本発
明の医療用液体に含まれる。このような液体は、そのよ
うな癌治療に有効な薬剤を含んでよく、この液体の供給
には、上述の体外循環装置を用いることができる。これ
らは例示であって、上記の趣旨に適合する液体であれ
ば、その他の液体も含まれる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の熱交換用容器及び温度調
節装置について、その好ましい態様を示す図面を参照し
ながら、以下、説明する。熱交換用容器の本体部は対向
する２つの平行平板状の主表面を有する金属製のシェル
によって形成され、その内部には液体を流通させる空間
が設けられている。本体部の中を流通する液体は、シェ
ルと直接的に接触しており、シェルは外部の冷却又は加
熱源に直接的に接触している。このような熱交換用容器
を用いる温度調節装置についての１つの好ましい態様例
を図８に示している。尚、図８は温度調節装置の構成を
理解しやすいように、図８において上下方向に示されて
いる装置の厚さ方向の寸法を、図８において左右方向に
示されている装置の長さ方向の寸法に対して拡大した形
態で表示している。

【００１９】図８に示す温度調節装置は、２枚の平板状
の温度調節板６２が相互に平行に配置されており、符号
１０によって本体部が示されている熱交換用容器を、２
枚の平板状の温度調節板６２の間に、本体部１０の表面
と温度調節板６２の表面とが密着状態で接触するように
配設して構成されている。従って、この態様では、温度
調節板６２は、熱交換用容器を、熱交換用容器の厚さ方
向（図８では上下方向）について上下の両方向から挟む
形態となっているが、これに限らず、温度調節板６２が
熱交換用容器の厚さ方向について少なくとも一方向から
接触する形態であってもよい。

【００２０】また、温度調節装置は、熱交換用容器の内
部を流通させる液体の温度を測定する温度測定部６１を
有している。温度測定部６１は、熱交換用容器に流入す
る側及び熱交換用容器から流出する側に設けられている
ことが好ましいが、いずれか一方のみに設けられていて
もよいし、これ以外の部分、例えば温度調節板６２や熱
交換用容器の本体部１０の内部の温度を測定するように
設けられていてもよい。図には示していないが、温度測
定部６１も適当な電気的信号伝達手段によってコントロ
ーラ６５に電気的に接続される。

【００２１】温度調節部６０は、ペルチェ素子及びこの
ペルチェ素子に電流を供給するための電極を有すること
が好ましい。ペルチェ素子とは、直流電流を流すことに
よって冷却及び加熱等の温度制御を行うことができる半
導体素子である。温度測定部６１は、熱交換用容器への
入口側の液体温度及び／又は熱交換用容器からの出口側
の液体温度を連続的又は断続的に測定し、その情報は電
気的信号伝達手段によってコントローラ６５へ送られ
る。

【００２２】コントローラ６５は、温度測定部６１が測
定した温度に関する情報及びその他の制御に必要な情報
に基づいて、温度調節部６０を制御するのに必要な信号
を温度調節部６０へ送る。例えば、温度測定部６１が測
定した温度が、温度調節装置において確保しようとする
液体の目標温度よりも高い場合には、温度測定部６１の
測定温度と液体の目標温度との温度差が小さくなるよう
に、温度調節部６０を冷却する旨の信号を温度調節部６
０へ送り、これとは逆の場合には、加熱する旨の信号を
温度調節部６０へ送る。

【００２３】コントローラ６５から送られてきた信号に
基づいて、温度調節部６０が温度調節板６２を加熱又は
冷却すると、温度調節板６２と直接的に密着状態で接触
している熱交換用容器の本体部１０における金属製シェ
ルの主表面は、温度調節板６２からの熱伝導作用によっ
て同様に加熱又は冷却される。金属製シェルの内側に
は、そこを流通する液体が直接的に接触しているので、
金属製シェルの主表面が加熱又は冷却されることによっ
て、金属製シェルの中を通過する間に、液体も金属製シ
ェルによって冷却又は加熱され、従って液体の温度調節
を行うことができる。その結果、温度調節装置を通過し
た液体の温度は、実用的な範囲で、所望の温度と実質的
に同等の温度に調節される。

【００２４】効率の良い熱伝導を確保するためには、熱
伝導性の良好な金属材料をシェルの材料として用いるこ
とが好ましい。また、液体は電解質等の腐食性の成分を
含み得るので、シェルに用いる材料としては、良好な耐
腐食性を有することも必要である。従って、シェルに用
いる材料として好ましい金属の例としては、各種のステ
ンレス鋼、例えばＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等を挙げ
ることができる。

【００２５】本発明の熱交換用容器は、シェルに金属材
料を採用することによって、軟質プラスチック材料を用
いていたバッグの形態の熱交換器よりも、熱伝導性及び
応答性が良好な熱交換器が得られる。更に、熱交換用容
器が金属製であることによって、耐久性にも優れてお
り、適当な洗浄、消毒又は滅菌処理を施すことによっ
て、複数回繰り返して使用することができる。

【００２６】また、本発明に係る熱交換用容器は、金属
製のシェルを用いることによって、高温から低温まで幅
広い設定温度に対応することができると共に、液体の圧
力変化などによってその形状が影響を受けにくい、好ま
しくは実質的に影響を受けないという利点も有してい
る。

【００２７】図１〜４に示すように、１つの好ましい態
様では、熱交換用容器の本体部１０は、互いに鏡面対称
な形状を有する一対のシェル１１・１２を組み合わせて
構成される。一対のシェル１１・１２を向かい合わせに
して組み合わせて形成される本体部１０は、全体として
内部に所定の体積の空間を有する容器の形態となって、
本体部１０の内部に液体を流通させ得るように、シェル
１１・１２の外周部分において、それぞれ内側方向に向
かって高さＨ（図３に示す）にて立ち上がる外周壁部１
７・１８を有している。

【００２８】図１は、熱交換用容器を、その内部構造を
理解しやすいように部分的に破断した状態の斜視図によ
って示している。図２は、正面から見た状態における本
体部１０の断面図であるが、シェル１２と組み合わせる
前のシェル１１を正面から見た状態もこの図によって示
される。図１及び２に示すように、各シェル１１・１２
の内面側には、内側方向に突出する畝状の流路案内壁１
３・１４が設けられている。

【００２９】本明細書において、本体部１０の上下方向
について説明する場合には図２の上下方向を基準とし、
本体部１０の左右方向について説明する場合には図２の
左右方向を基準とする。図２において、シェル１１の外
周壁部１７は、左側の外周壁部１７Ｌ、上側の外周壁部
１７Ｔ、右側の外周壁部１７Ｒ、及び下側の外周壁部１
７Ｂから構成されており、左側の外周壁部１７Ｌから上
側の外周壁部１７Ｔを経て右側の外周壁部１７Ｒまでは
連続して形成されている。下側の外周壁部１７Ｂの左端
と左側の外周壁部１７Ｌの下端との間には入口部３１が
設けられており、同様に、下側の外周壁部１７Ｂの右端
と右側の外周壁部１７Ｌの下端との間には出口部３２が
設けられている。シェル１２は、このシェル１１と鏡面
対称となる形態で形成されている。

【００３０】熱交換用容器は、図には示していないが、
シェル１１及び１２を既知の種々の締結手段及び／又は
方法、例えばロウ付け、溶接等によって締結したり、或
いは、分解可能とするために、ネジ手段などのファスナ
ー手段、クランプ手段若しくは圧着手段等によって締結
することなどによって、入口部３１及び出口部３２の部
分で開口し、それ以外の部分は水密状態、即ち液体が漏
れない状態の容器とすることができる。この場合に、必
要に応じて、シェル１１・１２の間にパッキン又はガス
ケットを介在させることもできる。

【００３１】シェル１１の内部には、図１及び２に示す
ように、所定の長さにわたって内側方向に突出する直線
状の畝の形態の流路案内壁１３が設けられている。流路
案内壁１３は、図２においては本体部１０の高さ方向
（図１における縦方向）に沿って互いに平行となるよう
に、図面の左側から順に、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１
３ｄ、１３ｅ、１３ｆ及び１３ｇと７本設けられてい
る。

【００３２】最も左側に位置する流路案内壁１３ａの下
端部分は下側の外周壁部１７Ｂの左端部分に連続してお
り、最も右側に位置する流路案内壁１３ｇの下端部分は
下側の外周壁部１７Ｂの右端部分に連続している。

【００３３】最も左側に位置する流路案内壁１３ａ及び
左側の外周壁部１７Ｌはいずれも直線状であって、両者
は図２に示すように幅Ｗの間隔をおいてほぼ平行となる
ように配されており、この流路案内壁１３ａと左側の外
周壁部１７Ｌとの間の幅Ｗの部分が流路２５Ａとなる。
また、左側から２番目に位置する流路案内壁１３ｂは、
流路案内壁１３ａとの間に幅Ｗの間隔を隔ててほぼ平行
となるように配されており、この流路案内壁１３ａと流
路案内壁１３ｂとの間の幅Ｗの部分が流路２５Ｂとな
る。

【００３４】流路案内壁１３ａの上端部は、上側の外周
壁部１７Ｔとの間に幅Ｗの間隔を隔てた位置で終点とな
るように配されており、流路案内壁１３ａの上端部と上
側の外周壁部１７Ｔとの間の幅Ｗの部分は流路２５Ａと
流路２５Ｂとを連絡する流路連絡部となっている。流路
案内壁１３ｂの上端側は上側の外周壁部１７Ｔに連続し
ており、流路案内壁１３ｂの下端側は下側の外周壁部１
７Ｂとの間に幅Ｗの間隔を隔てた地点で終点となってい
る。従って、流路案内壁１３ｂは、最も左側に位置する
流路案内壁１３ａと上下方向について逆向きに配されて
いると表現することもできる。

【００３５】その他の流路案内壁については、それぞれ
隣接する流路案内壁との間に幅Ｗの間隔をおいてほぼ平
行となるように配されており、さらに、流路案内壁１３
ｃ、１３ｅ及び１３ｇは、最も左側に位置する流路案内
壁１３ａと同様の向きとなり、また、流路案内壁１３ｄ
及び１３ｆは、左側から２番目に位置する流路案内壁１
３ｂと同様の向きとなるように配されている。

【００３６】従って、最も外側の流路案内壁を除く流路
案内壁（１３ｂ〜１３ｆ）は両側に隣接する流路案内壁
とは上下方向について逆向きに配されており、流路案内
壁１３ａ〜１３ｇは全体としてシェル１１の内部におい
てＳ字状に蛇行する流路２５Ａ〜２５Ｈを形成してい
る。

【００３７】流路案内壁１３がシェル１１から突出する
高さＨ’（図１に示す）とシェルの厚さとの総和は、こ
の態様においては、外周壁部１７の高さＨ（図３に示
す）に対応する高さとなっている。従って、シェル１１
の内部には、幅Ｗの溝状の流路２５Ａが外周壁部１７及
び流路案内壁１３によって囲まれて形成されている。

【００３８】シェル１２は、シェル１１と鏡面対称とな
るように形成されていること以外は、シェル１１と同様
に形成されており、外周部分に外周壁部１８を有すると
共に、内部に一連の流路案内壁１４ａ、１４ｂ、１４
ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ及び１４ｇを有している。

【００３９】互いに鏡面対称な形態に形成されているシ
ェル１１及び１２を図１に示すように組み合わせると、
シェル１１の外周壁部１７とシェル１２側の外周壁部１
８とが密着すると同時に、シェル１１側の流路案内壁１
３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ及び１
３ｇと、シェル１２側の流路案内壁１４ａ、１４ｂ、１
４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ及び１４ｇとの間もそれ
ぞれ密着する。従って、本体部１０の内部には、入口部
３１と出口部３２との間を１本の液体の流路２５が連絡
する形態となる。

【００４０】本体部１０の内部において流路をこのよう
に設けることによって、本体部１０の中を流れる液体の
流れ（流れの主方向）は、図２において白抜きの矢印Ｆ
によって示すように、流路２５Ａでは上向きの流れとな
り、流路２５Ａと流路２５Ｂとの間の流路連絡部を経た
後、流路２５Ｂでは流路２５Ａとは逆に下向きの流れと
なっており、更に流路２５Ｂと流路２５Ｃとの間の流路
連絡部を経た後、流路２５Ｃでは流路２５Ｂとは逆に上
向きの流れとなっている。

【００４１】従って、本体部１０の中における液体の流
れは、最も外側の流路を除く各流路（２５Ｂ〜２５Ｇ）
においては両側に隣接する流路における液体の流れとは
反転した向きに流れていると表現することもでき、液体
の流れも全体としてシェル１１の内部において、流路２
５Ａ〜２５Ｈに沿ってＳ字状に蛇行している。入口部３
１から熱交換用容器の中に流入した液体は、本体部１０
の内部に設けられている流路２５を通過した後、出口部
３２から流出する。

【００４２】図１〜４に示す例では、シェルは、材料コ
スト及び生産コストを抑えるという観点から、ステンレ
ス鋼板をプレス加工することによって成形しているが、
ステンレス鋼板以外の金属板を材料とすることもできる
し、或いはプレス加工以外の加工方法を採用することも
できる。

【００４３】入口部３１及び出口部３２には、図２〜４
に示すように、外部のチューブ等に接続するためのコネ
クタ３３・３４を備えることが好ましい。コネクタは、
液体の逆流を防止する弁などを有することも好ましい。
尚、入口部３１及び出口部３２の中心軸は、図２〜４に
示す例では、入口部３１の中心軸は、本体部１０の中へ
流入して最初に流れる流路における液体の流れ方向（図
２において流路２５Ａの流れの主方向Ｆと同じ）と同一
となっており、出口部３２の中心軸は、本体部１０から
流出する直前に流れる流路における液体の流れ方向（図
２において流路２５Ｈの流れの主方向Ｆと同じ）と同一
となっているが、これに限らず、それぞれ本体部１０の
中へ流入する又は本体部１０から流出する液体の流れ方
向に対して交差する方向に設けることもできる。例え
ば、図には示していないが、図３において、入口部３１
の中心軸を、本体部１０の中へ流入して最初に流れる流
路における液体の流れ方向に対して垂直に設けることも
でき、出口部３２の中心軸についても同様である。

【００４４】尚、一対のシェル１１及び１２の組合せに
よって本体部１０を構成する場合であっても、シェル１
１及び１２についての構成は上記の例に限定されるもの
ではない。例えば、シェル１１及び１２を鏡面対称な形
状とせずに、外周壁部１７及び流路案内壁１３をすべて
シェル１１側に設けて、シェル１１をトレイ状容器とす
る場合にシェル１２がそれを覆う平板状の蓋となるよう
な形態とすることもできるし、これとは逆に、外周壁部
及び流路案内壁をすべてシェル１２側に設けることもで
きる。また、各外周壁部１７及び流路案内壁１３をそれ
らの長手方向について２以上の部分に分割して、その一
部をシェル１１側に設け、残りの部分をシェル１２の側
に設けることもできる。

【００４５】この他、本体部を一対のシェル１１及び１
２のみから形成するのではなく、３以上の部材の組合せ
によって形成することもできる。例えば、シェルを共に
平板状として、２枚の平板状のシェルの間に、外周壁部
及び流路案内壁を形成するスペーサー部材を挟むように
して、組み合わせた状態において、図１に示すような本
体部ができあがるようにすることもできる。この場合に
おける、シェル及びスペーサー部材の締結にも、上述し
たような既知の種々の締結手段及び／又は方法を用いる
ことができる。

【００４６】また、流路案内壁１３の設置する数を変更
することもできるし、流路案内壁１３の形状も図示する
例のような直線状ではなく、多様な曲線の組合せまたは
多様な曲線と直線との組合せとすることもできる。これ
ら流路案内壁１３の形状については、液体が流れる際の
圧力損失を考慮することがより好ましい。

【００４７】本発明は、基本的には、熱交換用容器の入
口部から流入する液体が、本体部の中を通過する間に、
液体が本体部の金属製のシェルと接触することによっ
て、液体と金属製のシェルとの間で熱交換が行われ、そ
の結果として温度調節がなされた液体を出口部を通して
熱交換用容器から流出させるという技術的思想に基づく
ものである。

【００４８】尚、図に示す態様では、シェル１１・１２
における外周壁部の高さＨ（図３に示す）は、シェル１
１の上下寸法（図２に示すＬy）や、シェル１１の左右
寸法（図２に示すＬx）に比べて、きわめて小さい寸法
となっている。これは、本体部１０の内部の流路を液体
が流れる際に、液体とシェルとの間で伝熱が行われて
も、液体の流れがそれほど速くない場合、層流又はそれ
に近い状態で流れることもあり、液体の流れと垂直な方
向についての断面（流路断面ともいう）において、その
流れのシェルに接触する外側部分から流れの中央部分へ
向かう熱の伝達速度はあまり大きくはなく、従って流路
断面における流れの外側部分の温度と流れの中央部分の
温度との温度差が、短時間では無視できる程度に小さく
はならないこともあるので、流路断面における熱の伝達
距離を小さくすることを目的の１つとするためである。

【００４９】更に、シェル１１・１２の伝熱面である各
主表面の面積は、図２に示されるシェル１１の上下寸法
Ｌyとシェル１１の左右寸法Ｌxとの積の値であるが、こ
の伝熱面に対して単位時間あたりで加えられる熱エネル
ギーの量が一定である場合には、シェル１１・１２の外
周壁部の高さＨが小さいほど本体部１０内部の熱容量を
小さくすることができる。本体部１０内部の熱容量を小
さくすると、シェル１１・１２が温度調節板６２から受
ける温度変化の影響は、本体部１０の内部の液体の全体
に速やかに伝えられると理解することができる。

【００５０】この意味においてシェルの外周壁部の高さ
Ｈを、シェル１１の上下寸法Ｌy及びシェル１１の左右
寸法Ｌxよりもはるかに小さく設定することは、本体部
１０内部の熱容量を小さくすることをもう１つの目的と
するためである。また、シェルの外周壁部の高さＨは、
流路２５Ａの幅Ｗ（図２に示す）と対比しても相対的に
非常に小さく設定されている。例えばＨ／Ｗの比は、
０．０５〜０．６、好ましくは０．１〜０．４、最も好
ましくは０．１〜０．３とすることができる。図１〜４
に示す態様では、Ｈ／Ｗの比の値は０．２に設定されて
いる。

【００５１】熱交換用容器の本体部を形成するシェル
は、液体を流通させながら熱交換を行うという機能を果
たすことができれば、種々の形状及び形態をとることが
できる。この熱交換用容器は、所定の用途に１回使用し
た後で廃棄することもできるし、洗浄した後、繰り返し
て使用することもできる。繰り返して使用する場合に
は、熱交換用容器の内部に流通させる液体の種類に対応
した所定の洗浄用液体を用いて洗浄し、容器を分解する
ことなく洗浄するだけで、再び使用することができる。
また、有機物等を含む液体を流通させた場合には、単に
洗浄用液体を用いて洗浄するだけでは、再使用に適さな
いこともあるので、そのような用途に用いる熱交換用容
器は分解できる構成となっていることが好ましい。

【００５２】この液体の流路断面における温度分布を均
一化するために、本発明の熱交換用容器は、もう１つの
好ましい態様において、液体の流路２５にじゃま板手段
５０を取り付けることもできる。本発明においてじゃま
板手段とは、流れる液体がじゃま板手段に衝突して分岐
及び合流し、これを繰り返すことによって、局部的に観
察した場合の液体の流れに、液体の流れの主方向（液体
が全体として流れる方向）に対して交差する方向の速度
成分を付与する機能を有している。

【００５３】本発明における１つの好ましい態様におい
て、じゃま板手段５０は図５〜７に示すような一定のパ
ターンを繰り返してなる形態を有する、流路内における
充填物であってよい。図５は、じゃま板手段５０を備え
た状態の１つの流路断面の一部を示すものであって、図
２における本体部１０の左側の外周壁部１７Ｌ及び流路
２５Ａにおいて矢印Ｖ−Ｖの向きに見た状態の断面図を
示している。

【００５４】図５の流路の断面図においてじゃま板手段
５０を観察すると、じゃま板手段５０の最小単位は上向
きに先すぼまりの１つの台形Ｄ１であって、台形Ｄ１は
左側側辺Ｄ１−５２Ｌ及び上底Ｄ１−５１及び右側側辺
Ｄ１−５２Ｒからなる。上向きに先すぼまりの１つの台
形Ｄ１の右側の隣には、台形Ｄ１の右側側辺Ｄ１−５２
Ｒを共通の側辺として、台形Ｄ１とは上下方向について
反転した状態の下向きに先すぼまりの台形Ｄ２が隣接し
て配されており、流路断面２５Ａの長手方向（図５にお
いて左右方向）について全体としては、このようなパタ
ーンで上向きに先すぼまりの１つの台形Ｄ２ｎ−１（ｎ
は１以上の整数である）と下向きに先すぼまりの台形Ｄ
２ｎが連続して隣接するパターンを有している。各台形
の高さｈは、流路２５の流れに垂直な方向の厚み、従っ
て流路案内壁１３がシェル１１から突出する高さＨ’の
ほぼ２倍となるように設定されている。

【００５５】このじゃま板手段５０を流れに沿う方向
（図６及び７における白抜きの矢印Ｆの方向）にわたっ
て観察すると、図６に示すように、上記のような台形の
パターンを有する断面形状が、所定の長さＸだけ液体の
流れ方向に延びて第１列のブロックＢ１を形成してい
る。次の第２列のブロックＢ２も、図５に示すような流
路断面において左右方向に台形が連続するパターンを有
しているが、流路断面の長手方向（図５において左右方
向）について、台形の上底５１の長さＹ（図５に示す）
を越えない距離だけ横ずれして（図６及び７では左方向
にずれて）いる。従って、隣接する２つのブロックＢ１
及びＢ２は、流れに垂直な断面の面内で、流れに沿う方
向Ｆの向きに見るとオーバーラップして観察される上底
５１を有しており、そのオーバーラップする部分によっ
てブロックＢ１とブロックＢ２とが連結された形態とな
っている。以下、同様に、第３列のブロックＢ３、第４
列のブロックＢ４、第５列のブロックＢ５と続いてい
る。

【００５６】このじゃま板手段５０は、上記のような流
路断面において複数の台形が左右方向に連続するパター
ンを有するブロックＢｍ（ｍは１以上の整数である）
が、流れに沿う方向に関して２列又はそれ以上の数の列
で連続するものを１つのピースとして形成したもの（例
えば、Ｂ１〜Ｂ５）であってよく、本発明の熱交換用容
器は、流路内の少なくとも一部、好ましくは流路が屈曲
する部分以外の部分にこのようなピースを所望する数及
び形態にて配設することができる。

【００５７】各ピースは、図２に示す正面図の面内で広
がる平面内において、モザイク・タイルのように相互に
隣接させて平面内に敷きつめることができるような輪郭
の平面形状を有するように形成されていることが好まし
い。また、じゃま板手段５０を形成する材料は、シェル
１１・１２の場合と同様の理由から、シェル１１・１２
に用いる材料と同じ材料を用いることが好ましい。

【００５８】このようなじゃま板手段５０を流路２５内
に配設することによって、例えば図６及び７において、
流路２５内を流れる液体は全体としては矢印Ｆの向きに
流れるが、流路断面の細部について観察すると、ブロッ
クＢ１における台形Ｄ１（図５〜７において、第１列の
ブロックＢ１の最も左側の台形を指しており、台形Ｂ１
Ｄ１と表記する。以下、同様。）の中に流れ込む液体の
流れＡは、台形Ｂ１Ｄ１の中をじゃま板手段５０に沿っ
て流れた後、この流れ方向の下流側に位置するブロック
Ｂ２の台形Ｂ２Ｄ１の右側の側面Ｂ２Ｄ１−５２Ｒに衝
突し、流れＡの一部は台形Ｂ２Ｄ１の側面Ｂ２Ｄ１−５
２Ｒの右側へ流れＡｒとなって分岐して流れ、流れＡの
残りの一部は台形Ｂ２Ｄ１の側面Ｂ２Ｄ１−５２Ｒの左
側、従って、台形Ｂ２Ｄ１の中へ流れＡｌとなって分岐
して流れる。

【００５９】同様に、台形Ｂ１Ｄ２の中を流れる流れ
Ａ’は、台形Ｂ２Ｄ３の左側の側面Ｂ２Ｄ３−５２Ｌに
衝突して、この側面Ｂ２Ｄ３−５２Ｌの左側（従って、
台形Ｂ２Ｄ２の中）へ流れる流れＡｌ’と、側面Ｂ２Ｄ
３−５２Ｒの右側へ流れる流れＡｒ’とに分岐する。

【００６０】従って、流れＡｒは流れＡｌ’と合流して
台形Ｂ２Ｄ２の中を流れる。他の各台形ＢｍＤｎ（ｍ及
びｎは、それぞれ１以上の整数である）を流れる流れに
ついても同様であって、各台形の側面（側辺）に衝突し
てその側面の両側へ分岐した流れは、それぞれ隣接する
台形の側面に衝突して分岐して流れてくる隣の流れとそ
れぞれ合流して流れる。

【００６１】このように、液体の流れは、台形の断面形
状を有するじゃま板手段５０によって、流れの主方向に
対して流路断面の左右方向に交差する速度成分が付与さ
れ、図５で示す流路断面の左右方向について混合され
る。液体の流れに、流れの主方向に対して流路断面の上
下方向についても交差する速度成分を付与したい場合に
は、じゃま板手段５０を構成する台形に上向き又は下向
きに傾斜する面を設けることもできる。また、シェル１
１・１２から液体のシェルに面する部分へ伝熱が行われ
ることによって、本体部１０の中の液体は１種の対流の
ような流動も行い、これによっても液体の流れには、流
れの主方向に対して流路断面の上下方向についても交差
する速度成分が付与され、液体の流れは流路断面におけ
る厚み方向（図５において上下方向）についても混合さ
れる。

【００６２】じゃま板手段５０において、各台形におけ
る上底５１の部分は、図５に示すようにシェル１１及び
１２に対して接触しているため、シェル１１・１２が冷
却又は加熱されると、じゃま板手段５０は各台形におけ
る上底５１の部分がシェル１１・１２によって同様に冷
却又は加熱され、従って、その冷却又は加熱の影響は各
台形における側面５２へも及ぶことになる。この場合
に、各台形の側面５２は液体に対する伝熱面としての機
能も果たすことになり、１種の伝熱用のフィンと表現す
ることもできる。従って、じゃま板手段５０が設けられ
た流路内を液体が流れると、その液体は、シェル１１・
１２によって冷却又は加熱作用を受けるだけでなく、更
に広い面積にて接触するじゃま板手段５０によっても冷
却又は加熱作用を受けることができ、液体全体を均一に
冷却又は加熱することができることに加えて、液体全体
についての冷却又は加熱の効率を大きく向上させること
ができる。

【００６３】更に、上述のように、液体の流れが１つの
ブロックを通過する度に、液体の流れは局部的に観察し
て、流路断面の図５における左右方向について混合され
るのと同時に、流路断面の図５における上下方向につい
ても混合される結果、液体の流れが、本発明の熱交換用
容器の本体部１０の中を通過すると、好ましくは流路の
中の複数のブロックを通過すると、液体はその流路断面
の面内全体にわたってほぼ均一の温度分布を有するもの
とすることができる。

【００６４】このようなじゃま板手段５０としては、オ
イルクーラー用に用いられるインナーフィンとして市販
されているもの（例えば、東京ラジエーター社の製品）
を用いることができる。従って、本発明において、じゃ
ま板手段５０は、上述のように液体の流れを流路断面の
左右方向及び上下方向について混合することによって、
液体がその流路断面における面内全体にわたってほぼ均
一の温度分布を有するようにすることを主たる目的とす
るものであるので、その目的を達成することができる限
りにおいて、この他の種々の形態のじゃま板手段５０を
採用することができる。従って、流れに垂直な方向の断
面における形状は、必ずしも台形に限られず、半円形、
台形以外の四角形、波形、例えばＳ字が連続するような
形状などのものを用いることもできる。

【００６５】そのような種々の形態のじゃま板手段５０
としては、化学工学の分野において、熱交換器に用いる
ものとして既に知られているじゃま板手段を用いること
ができる。そのようなものには、例えば「化学装置便覧
・改訂第二版」化学工学協会編、平成元年３月３０日
付、丸善株式会社発行、第５７５頁の第１４・４１図及
び第１４・４２図に示されている横手じゃま板又は長手
じゃま板などの形態のじゃま板手段、又は例えば上記
「化学装置便覧・改訂第二版」第５６８頁の第１４・３
１図に示されている（ａ）の形態のねじりテープ、
（ｂ）の形態の内面に設ける線状のフィン、（ｃ）の形
態の内面に設ける複数の層のフィン、（ｄ）の形態の星
状テープ、並びに上記「化学装置便覧・改訂第二版」第
５７８頁の第１４・１４図に示されている巻付けフィ
ン、オーバーラップド巻付けフィン、押込みフィン、転
造フィンなどの形態の種々のフィンを、そのじゃま板手
段としての機能に着目して、本発明に利用してシェル１
１・１２に直接的に取り付けることもできるし、又は充
填物として挿入することにより間接的に取り付けること
もできる。

【００６６】また、本発明の温度調節装置は、「分離冷
却法」と称される、医療分野、特に脳外科の分野におい
て用いられる方法に好適に用いることができる。「分離
冷却法」は、具体的には身体の一部を選択してその部位
を局所的に冷却する方法であって、例えば、身体の局所
（例えば頭部）に手術を施す時のように出血が心配され
る場合、あるいは局部的に生体機能の活性を一時的に低
下させてその間に治療を行う場合等に用いられる局部冷
却方法である。この方法の詳細については、上述したよ
うに特開平９−２９００２１号公報に記載されている。

【００６７】ペルチェ素子を加温・冷却装置に用いる場
合には、素子に流れる電流の流れ方向（従って、極性）
に応じて加熱または冷却を行うことができ、その時の加
熱または冷却熱量は、電流量を調節することによって調
節することができる。また、ペルチェ素子を使用する
と、加温と冷却との間の切り替えを自在に電気的に実施
でき、電流量の増減も容易かつ精度良く実施できるの
で、温度調節の応答および感度が良く、温度調節の精度
も高い。

【００６８】例えば、加温・冷却装置を出た補液、血液
等の温度を測定して、その測定結果を、加温・冷却装置
のコントローラーにフィードバックして、測定結果に応
じてペルチェ素子への電流量の増減および／極性の切り
替えを感度および精度良く実施できる。従って、本発明
の温度調節装置によれば、温度調節部６０にペルチェ素
子を用いることによって、液体の温度を精密かつ迅速に
調節することが可能となる。

【００６９】

【発明の効果】本発明に係る熱交換用容器は、シェルに
金属材料を採用することによって、軟質プラスチック材
料を用いていたバッグの形態の熱交換器よりも、熱伝導
性及び応答性が良好な熱交換器が得られる。更に、熱交
換用容器が金属製であることによって、耐久性にも優れ
ており、適当な洗浄、消毒又は滅菌処理を施すことによ
って、複数回繰り返して使用することができる。

【００７０】また、本発明に係る熱交換用容器は、液体
流路の全体としての長さを金属製シェルの最も長い辺の
長さよりも長く設定しているので、熱交換用容器の外形
的寸法（大きさ）と対比して、相対的に長い液体流路を
確保することができるので、容器内部を流通させる液体
と容器とが接触する面積を大きく設定することができ、
小型ながら伝熱効率に優れた熱交換用容器を提供するこ
とができる。更に、本発明に係る熱交換用容器は、金属
製のシェルを用いることによって、高温から低温まで幅
広い設定温度に対応することができると共に、液体の圧
力変化などによってその形状が影響を受けにくいという
利点も有している。

【００７１】本発明に係る熱交換用容器は、液体流路の
少なくとも一部にじゃま板手段を有することによって、
内部を流通させる液体と熱交換用容器及びじゃま板手段
との接触面積を大きくすることができ、液体と熱交換用
容器との間での伝熱効率及び／又は混合効率を向上させ
ることができる。じゃま板手段は、液体の流れに、流れ
の主方向に対して交差する方向の速度成分を付与して、
液体の温度を全体として均一化することができるので、
液体と熱交換用容器との間での伝熱効率及び／又は混合
効率をより向上させることができる。

【００７２】本発明に係る温度調節装置は、上述した熱
交換用容器についての全ての利点を享有することができ
る。本発明に係る温度調節装置は、ペルチェ素子を含む
温度調節部及び温度測定部を有することによって、迅速
かつに精密に温度を調節することができる。

【００７３】本発明に係る温度調節装置は、本体部の表
面と温度調節部の表面とが相互に密着し、好ましくは、
本体部の表面と温度調節部の表面とがいずれも実質的な
平面に形成されていることによって相互に密着するの
で、温度調節部と本体部の表面との間に大きな伝熱面積
を確保することができ、温度調節部から本体部の表面へ
の冷却又は加熱を効率よく行うことができる。本発明に
係る温度調節装置を用いて分離冷却法に使用する補液を
温度調節する場合には、加温及び冷却の程度およびその
切り替えを迅速かつ自在に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 部分的に破断した、本発明の熱交換用容器を
示す斜視図である。

【図２】 本発明の熱交換用容器の正面断面図である。

【図３】 本発明の熱交換用容器の側面図である。

【図４】 本発明の熱交換用容器の底面図である。

【図５】 本発明の熱交換用容器において、流路内にじ
ゃま板手段を配設した状態を示す図１の線Ｖ−Ｖについ
ての断面図である。

【図６】 本発明の熱交換用容器に用いるじゃま板手段
の斜視図である。

【図７】 本発明の熱交換用容器に用いるじゃま板手段
の平面図である。

【図８】 本発明の温度調節装置を示す摸式図である。

【符号の説明】

１０…本体部、１１、１２…シェル、１３、１３ａ、１
３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１
４、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４
ｆ、１４ｇ…流路案内壁、１７、１７Ｔ、１７Ｂ、１７
Ｌ、１７Ｒ、１８…外周壁部、２５、２５Ａ、２５Ｂ、
２５Ｃ、２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆ、２５Ｇ、２５Ｈ、２
６…流路、３１…入口部、３２…出口部、３３、３４…
コネクタ、５０…じゃま板手段、５１…台形の上底、５
２…台形の側辺（又は側面）、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…じゃ
ま板手段を形成する台形、Ｄ１−５２Ｌ…台形Ｄ１の左
側側辺、Ｄ１−５２Ｒ…台形Ｄ１の右側側辺、Ｄ１−５
１…台形Ｄ１の上底、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５…
じゃま板手段におけるブロックの列、６０…温度調節
部、６１…温度測定部、６２…温度調節板、６４…電気
的信号伝達手段、６５…コントローラ。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 医療用液体を流入させる入口部、対向す
   る２つの平行平板状の主表面によって規定され、前記液
   体を流通させる空間を内部に有する金属製シェルからな
   る本体部、及び本体部の内部を通過した液体を流出させ
   る出口部を有する熱交換用容器であって、 金属製シェルの主表面の少なくとも一方は、外部から熱
   伝導を受ける伝熱面としての機能を有しており、シェル
   の内側方向には畝状に突出する１又はそれ以上の流路案
   内壁が設けられており、 本体部の内部には、流路案内壁によって、液体の流れを
   導く液体流路が形成されていることを特徴とする熱交換
   用容器。
2. 【請求項２】 液体流路の少なくとも一部にじゃま板手
   段が設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱
   交換用容器。
3. 【請求項３】 じゃま板手段は、液体の流れに、流れの
   主方向に対して交差する方向の速度成分を付与すること
   を特徴とする請求項２記載の熱交換用容器。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかに記載する熱交
   換用容器に加えて、ペルチェ素子を含む温度調節部及び
   温度測定部が設けられていることを特徴とする医療用液
   体の温度調節装置。
5. 【請求項５】 本体部の表面と、温度調節部の表面とが
   相互に密着状態で接触することを特徴とする請求項４記
   載の温度調節装置。
6. 【請求項６】 相互に接触する本体部の表面及び温度調
   節部の表面が共に実質的に平板状となっていることを特
   徴とする請求項５記載の温度調節装置。
7. 【請求項７】 分離冷却法に使用する補液を温度調節す
   る請求項４〜６のいずれかに記載の温度調節装置。