DE3616682A1 - Waermetauscher und verwendung desselben in einem oxygenator - Google Patents

Description

Besch reibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein medizinisches Gerät, wie einen Oxygenator, der einen solchen Wärmetauscher enthält.

V/ Aus der US-PS 4 451 562 (Elgas et al.), auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, ist ein Wärmetauscher bekannt, der sich besonders für einen B lut-Oxygenator eignet.

Es ist auch bekannt, daß bei Oxygenatoren ein geringes Totoder Füllvolumen erwünscht ist, insbesondere wenn der betreffende Oxygenator in der Pädiatrie Verwendung finden soll.

Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher der oben angegebenen Art im Hinblick auf eine Verbesserung des Wärmeüberganges sowie eine Verringerung des Füllvolumens weiterzubilden.

Der oben erwähnte bekannte Oxygenator enthält ein Wellrohr, welches in einen Kunst stoffring gewickelt ist. Es wurde nun festgestellt, daß durch Abflachen dieses Wellrohres, so daß seine Dicke und damit der entsprechende Abstand zwischen den Wänden des Ringraumes verringert werden, wobei die Verringerung des Abstandes der Wände durch eine Verringerung des Innendurchmessers der Außenwand erfolgt, der Wärmeübergang erheblich verbessert wird.

Es wurde ferner festgeste I It, daß durch Abflachen zumindest gewisser Wellungen oder gewisser Teile der Wellungen des Wellrohres, so daß die radiale Höhe der Zwischenräume zwischen benachbarten Wellungen verringert-wird, eine

weitere wesentliche Verbesserung des Wärmeüberganges erreicht werden kann.

Vorzugsweise finden diese beiden Maßnahmen gleichzeitig Anwendung. Die durch die genannten Maßnahmen erreichte Verbesserung des Wärmeüberganges ermöglicht sowohl eine Verringerung des Füllvolumens als auch des Aufwandes für die zur Herstellung des Wärmetauschers erforderlichen Ma ten'alien.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungs- und Anwendungsbeispieles der Erfindung und

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht in einer Ebene 2-2 der Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Oxygenator 10 mit einem Behälterteil und einem Oxygenatorteil 14. Der Behälterteil 12 enthält die üblichen Vorrichtungen zum Filtern und Abtrennen von Luft von eingeführtem venösen Blut sowie Windungen einer Wärmetauscherröhre 16, die zwischen kegelstumpfförmige Kunst stoffwände 18 und 20, die eine äußere Gehäuseoberfläche bzw. eine innere Gehäuseoberfläche bilden, eingeschlossen sind.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, weist die Röhre 16 ein Höhe-zu-Breite-VerhäItnis von etwa 2:1 auf; diese Konfiguration der Röhre wurde durch ein Abflachen der anfänglich einen kreisförmigen Querschnitt aufweisenden Röhre mittels Bremsmatrizen erzielt. Eine zweite

Konfigurationsänderung, die aus diesem Abflachungsprozess resultierte, war eine Verringerung der Tiefe der Weitungen der ursprünglich runden und gewellten Röhre.

Die Röhre 16 bestand aus nicht-rostendem Stahl des Typs 304L und hatte einen anfänglichen Außendurchmesser von 19,05 mm (3/4") und einen Grund- oder Kerndurchmesser von etwa 12,7 mm (1/2"); die anfänglichen Wellungen hatten, im Längsschnitt der Röhre gesehen, die Form von alternierenden Halbkreisen, die sich von einer Linie in der Mitte zwischen dem Außen- und Kerndurchmesser abwechselnd nach außen und nach innen erstreckten. Die ursprüngliche Wellungstiefe betrug etwa 3,175 mm d/8").

Nach der Verformung in der Bremsmatrize betrugen die Außenabmessungen der Röhre 11,43 mm χ etwa 24,13 mm (0.45 χ 0.950") und die Tiefe der Wellungen 22 betrug etwa 1,78 mm (0.070").

In Betrieb tritt das Blut in den Wärmetauscherteil des Behälterteiles 12 durch den Ringspalt 24 zwischen den Wänden 18 und 20 ein und fließt von dort an den Windungen der Wärmetauscherrohre 16 nach unten.

Wegen der abgeflachten Form der Röhre 16 ist der für die Blutströmung zur Verfügung stehende Bereich zwischen der Außenseite der Röhre 16 und den Oberflächen der Wände 18 und 20 wesentlich kleiner als bei einer Wärmetauscherrohre mit kreisförmigem Querschnitt, ganz abgesehen von der kleineren Tiefe der Wellungen. Bei vorgegebenem Blutdurchsatz bedeutet dies eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des Blutes und außerdem, daß die laminaren Sekundärschichten in der Richtung des Wärmeflusses dünner werden, was beides durch eine erhöhte laminare Mischung und auch sonst zur Verbesserung der Wärmeübertragung führt.

Ein weiterer Faktor, der die effektive GesamtquerschnittsfLäche der Blutströmung verringert/ besteht darin, daß der Außendurchmesser der durch das Rohr 16 gebildeten Wendel°wegen der Abflachung des Rohres als ganzes und damit auch der mittlere Durchmesser der Wendel verringert wird.

Wegen der Abflachung der Wellungen werden gleichzeitig sowohl das Volumen als auch die Dicke eines vorgegebenen Teiles dieser Wellungen verringert, was den Wärmeübergang sowohl wegen des laminaren Misch-Effektes als auch des Dicken-Effektes verbessert.

Dieses alles bewirkt, daß zur Füllung geringere Blutmengen benötigt werden und daß Baumaterial gespart werden kann, da die erforderliche Größe des Wärmetauscherteiles verringert we rden kann.

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Wärmetauscher mit

- einer äußeren Gehäusewand (18),

- einer inneren Gehäusewand (20) und

- einer Leitung (16), die zwischen der äußeren und inneren Gehäusewand gehaltert ist,

dadurch gekennzei chnet, daß die Länge des Querschnitts der Leitung (16) in Richtung einer an ihr vorbeifLießenden Strömung zwischen der äußeren und der inneren Gehäusewand (18, 20) größer ist aLs in einer quer hierzu verlaufenden Richtung, und daß die Leitung (16) WeLLungen aufweist, die im wesentlichen in Richtung der Strömung verlaufen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,

dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Breite der Wellungen größer ist als ihre Tiefe.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 2,

dadurch gekennzei chnet, daß die Leitung aus einer Röhre besteht, die so abgeflacht ist, daß sich die geforderten Konfigurationen des Querschnitts und der Wellungen ergeben.

4. Verwendung des Wärmetauschers nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem medizinischen Gerät, insbesondere einem Oxygenator.