卷绕的换热器制造技术

用于体外血液回路换热器的毛细管束子组件包括卷绕在芯部（24）周围的连续的毛细管件（22），以限定多个毛细管层，各层分别包括多个毛细管段。毛细管段分别限定与芯部的相对端部相邻的相对终端。每一层的毛细管段相对于芯部的中心轴线周向对准，每个后续层相对于前一层径向向外。毛细管段不与轴线平行，从而在相对终端之间延伸地绕轴线部分地盘绕。各个毛细管段形成小于一整圈（即，卷绕小于360°）。各层内的各段大致彼此平行，然而，各段的定向在层与层之间不同，诸如是斜度或角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】卷绕的换热器
技术介绍
本专利技术涉及毛细管件换热器。更具体来说，本专利技术涉及用于体外血液回路换热器的毛细管以及相关的制造方法。流体对流体式换热器用在许多不同的产业中，并且通常结合期望的最终用途来构造。例如，换热器是体外分流或心肺分流回路的重要部件。作为参照，通常在心肺分流术期间（即，心肺分流机）中使用体外血液回路，以从患者循环系统的静脉部分抽出血液，并将血液返回至动脉部分。体外血液回路通常包括静脉管线、静脉血液管线贮存器、血泵、充氧器、换热器、动脉管线以及血液输送管件、端口和将这些部件互连起来的连接件。换热器根据需要调节体外血液的温度。例如，换热器能位于充氧器上游，并且进行操作以在充氧作用之前对来自患者的血液进行冷却；或者，换热器能进行操作以对体外血液进行加热。不管换热器和患者血液之间的传热方向如何，体外血液回路换热器通常由金属波纹管和多个金属或塑料管（毛细管）制成；在血液绕管外部流动的同时，将诸如水之类的合适传热流体泵送通过管内腔。换热流体可被加热或冷却（相对于血液的温度）。在血液与管件接触时，沿期望的方向在血液和换热流体之间发生热传递。或者，血流能流过管内腔，而传热流体绕管外部流动。为了对回路的灌注体积具有最小的影响，希望使体外换热器尽可能的小，而同时仍提供较高的换热效率。为了满足要求，毛细管是微直径或纤维状的（例如，外直径不大于约0.05英寸）。换热流体通过毛细管的壁厚与体外回路的血液流体隔离，从而保持这些流体隔开，但同时允许热量从一种流体传递至另一种流体。通常的毛细管件形式将大量微直径的管子预组装成垫子。这些毛细管利用形成垫子经线(warp)的细线或缝线编织、织造或以其它方式保持在一起。对于换热器应用场合来说，毛细管垫必须以形成毛细管束的方式扎在一起。通常，将垫子缠绕或卷绕在芯部或芯轴周围。当将垫子连续地卷绕在芯轴周围时，垫子会翘曲或卷绕到其自身上，从而造成一系列径向增大的层。垫子的毛细管通常“偏置”成使管子不与垫子的宽度平行。具有相对的偏置角的两层垫子能同时卷绕在芯部上，以防止在将垫子缠绕在其自身上时使后续各层的毛细管嵌入前一层的毛细管之间的间隙内。尽管极为可变，基于毛细管垫的换热器具有一定的缺点。例如，毛细管件由于编织或织造工艺的复杂性而昂贵。此外，毛细管的尺寸、偏移量、材料、间距等是固定的，因而，使这些参数中的一个或多个可获得的可能益处是不可获得的。毛细管束还用于其它物质转移装置，以及特别是血液充氧器。作为参考，用于充氧器的毛细管件与用于换热器的毛细管件明显不同；充氧器毛细管件是多孔或半透性的，而换热器毛细管件是不透流体的。这些差异影响流体流动特性，并会影响到制造工艺。在任何情况下，类似于上述说明的织造的毛细管垫可用于形成充氧器毛细管束。在替代的方法中，将单个毛细管或毛细管带直接卷绕在转动的芯部上，从而产生螺旋形的卷绕样式。在美国专利第4,975,247号中阐释了一个这种充氧器束卷绕技术，该专利以其它方式描述了用专门的卷绕设备来卷绕充氧器毛细管的手段。无论这种技术是否适用于换热器毛细管束，‘247专利（以及其它类似的技术）的螺旋形的卷绕形式造成在各个层内毛细管的交错。在许多情况下，这种交错可小于对于体外血液回路换热器功能和性能来说最佳的情况。鉴于上述，需要改进的换热器毛细管束制造技术以及对于从这种技术获得的毛细管束和换热器，这种技术结合了低成本和对生产的直接控制。
技术实现思路
本专利技术的一些方面涉及用于体外血液回路换热器的毛细管束子组件。毛细管束子组件包括基材芯部和至少一个连续的毛细管件。芯部限定具有中心纵向轴线的圆柱形外表面、第一端部、与第一端部相对的第二端部以及在芯部端部之间沿中心轴线方向的长度。毛细管件卷绕在外表面周围以限定分别包括多个毛细管段的多层。毛细管段至少横穿芯部的大部分长度，各个毛细管段限定与第一芯部端部相邻的第一终端以及与第二芯部端部相邻的第二终端。每一层的毛细管段相对于中心轴线周向对准，每个后续层相对于前一层径向向外。各个毛细管段整个不与中心轴线平行，从而在对应的相对终端之间延伸地绕中心轴线部分地盘绕。在这方面，各个毛细管或毛细管段绕中心轴线卷绕或缠绕小于一整圈（即，卷绕小于360°）。借助如此构造的子组件，传统的毛细管垫和伴随成本可以取消，且毛细管段的定向（以及其它参数）可在层与层之间变化。当用作换热器的一部分时，该特征又便于由子组件形成的毛细管束的优化性能，这些性能包括传热率和压降。在一些实施例中，各个单独的层的毛细管段彼此平行，但毛细管段的定向在层与层之间是不同的。例如，第一层的毛细管段沿第一斜度方向定向，而紧邻的第二层的毛细管段沿相对的斜度方向定向。在相关的实施例中，第一层的毛细管段相对于中心轴线以第一角度定向，而紧邻的第二层的毛细管段以不同的第二角度定向。借助这些和其它构造，紧邻各层的毛细管段将不会嵌入彼此之间。此外，通过改变两（或更多）层之间的毛细管段的斜度或角度，可以实现期望的包裹部分(packingfraction)，且可选择成优化血流在各层之间的期望剪切率。根据本专利技术的原理的另外方面涉及一种用于换热的体外血液回路设备。该设备包括外壳和毛细管束。外壳限定血流路径和换热流体路径。血流路径限定在血液入口和血液出口之间。换热流体路径限定在换热入口和换热出口之间。毛细管束设置在外壳内，并包括芯部和设置在芯部外表面周围的多个毛细管。毛细管限定多层，而各层的毛细管大致周向对准。相继各层相对于前一层径向向外。毛细管分别具有与芯部的对应端部相邻的、相对的第一和第二开口端部，并横穿芯部的大部分长度。在这方面，各个管不与芯部的中心轴线平行，并绕中心轴线部分盘绕小于360度。第一层的管的定向（例如，斜度方向、角度等）与第二层的管的定向不同。第一条带设置在各个毛细管的第一开口端部周围，而第一开口端部流体连通到血液入口或者换热器入口。第二条带设置在各个毛细管的第二开口端部周围，而第二开口端部流体连通到血液出口或者换热出口。当组装到体外血液回路内时，设备操作成实现沿期望的方向与患者血液进行换热。例如，低温液体可经由换热流体路径泵送通过毛细管；来自患者的血液在毛细管之间径向流动，而来自血液的热量完全传递到换热液体，由此冷却患者的血液。根据本专利技术的原理的其它方面涉及用于制成体外血液回路设备的换热器的毛细管束的方法。该方法包括沿芯部基材的外圆柱形表面沿第一方向引导连续的毛细管件，以形成从与芯部的第一芯部端部相邻的第一终端延伸到与芯部的相对的第二芯部端部相邻的第二终端的第一毛细管段。第一终端与第二终端周向偏移，因而，整个第一毛细管段与芯部的中心轴线不平行。此外，第一毛细管段横穿小于外表面的360度。进一步沿与第一方向相对的第二方向引导连续的毛细管件，以形成于第一毛细管段紧邻的第二毛细管段。第二毛细管段形成为限定相对的第一和第二终端。如此形成的第一和第二毛细管段结合以形成绕中心轴线大致周向对准的第一层毛细管段的一部分。最后，相对于芯部以往复方式引导连续的毛细管件，以形成相对于第一层径向向外的第二层毛细管段。在一些实施例中，第一层毛细管段的斜度方向和/或角度与第二层毛细管段的斜度方向和/或角度。在另外实施例中，引导毛细管件以形成多个周向层。在其它实施例中，切割毛细管段以形成分离的端部开口的毛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于体外血液回路换热器的毛细管束子组件，所述毛细管束子组件包括：基材芯部，所述基材芯部限定具有中心纵向轴线的圆柱形外表面、第一芯部端部、与所述第一芯部端部相对的第二芯部端部以及在相对的芯部端部之间沿所述中心轴线方向的长度；以及至少一个连续的毛细管件，所述至少一个连续的毛细管件卷绕在所述外表面周围，以限定多层，所述各层包括从与所述第一芯部端部相邻的第一终端到与所述第二芯部端部相邻的相对的第二终端横穿所述芯部的大部分长度的多个毛细管段，所述各层的毛细管段相对于所述中心轴线大致周向对准，其中，相继各层相对于前一层径向向外；其中，各个毛细管段的整体不与所述中心轴线平行；此外，各个毛细管段从对应的第一终端延伸到对应的第二终端地绕所述中心轴线部分地盘绕小于360°。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.27 US 13/015,3981.一种用于进行换热的体外血液回路设备，所述体外血液回路设备包括：外壳，所述外壳限定：从血液入口到血液出口的血流路径，从换热入口到换热出口的换热流体通路，设置在所述外壳内的毛细管束，所述毛细管束包括：芯部，所述芯部限定具有中心纵向轴线的圆柱形外表面、第一芯部端部、与所述第一芯部端部相对的第二芯部端部以及在两个芯部端部之间沿所述中心纵向轴线方向的长度，多个毛细管，所述多个毛细管设置在所述外表面周围，以限定多个毛细管层，其中：每一层的毛细管相对于所述中心纵向轴线大致周向对准，并且每个后续层相对于前一层径向向外，各个毛细管与所述中心纵向轴线不平行，从而从与所述第一芯部端部相邻的第一开口端部到与所述第二芯部端部相邻的第二开口端部的芯部的大部分长度，各个毛细管段从对应的第一开口端部延伸到对应的第二开口端部地绕所述中心纵向轴线部分地盘绕小于360°，各层中的第一层内的毛细管的定向与各层中的第二层内的毛细管的定向不同；第一条带，所述第一条带设置在各个毛细管的第一开口端部周围，所述第一开口端部流体连通到所述血液入口和所述换热入口的其中一个；以及第二条带，所述第二条带设置在各个毛细管的第二开口端部周围，所述第二开口端部流体连通到所述血液出口和所述换热出口的其中一个。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二层...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·克卢捷，R·欧森，S·罗勒，C·普洛特，A·麦克勒维什，李明，M·拉克森，J·诺尔，G·哈克，
申请(专利权)人：美敦力公司，
类型：发明
国别省市：美国;US