JP4200006B2 - 液体の軸方向搬送のための装置 - Google Patents

Description

本発明は請求項１の上位概念に基づく液体の軸方向搬送のための装置に関する。

エネルギーの取り込みによって不可逆的な変化をこうむる特に少量の安定な多相流体、例えば乳液及び分散液は、適当な装置例えばポンプで搬送するときに不安定領域に移行する欠点がある。

特に敏感な流体系は血液である。脊椎動物のこの不透明な赤色の体液は完結した脈管系の中で循環し、その際心臓の律動的な収縮が血液を生体の種々の領域に押し込む。この場合血液は呼吸ガス、酸素及び二酸化炭素と栄養物、代謝産物及び身体固有の作用物質を輸送する。この場合心臓を含む血管系は外界から密閉遮断されているから、健康な生体では血液が心臓により身体に圧送されるときに、身体細胞との物質交換は別として、変化をこうむることはない。

血液が身体固有でない物質との接触で又は外部エネルギーの作用により、溶血及び血栓形成の傾向があることは周知である。血栓形成は広く分岐した血管系の閉塞を招くから、生体にとって致死的である。溶血とは、体内の赤血球が生理的限度を超えて溶解−破壊−される状態をいう。溶血の原因は機械的又は代謝的な種類のものである。溶血の増大は様々な器官障害を招き、ヒトの死に至ることがある。

他方では、特定の構造的前提のもとで心臓のポンプ能力を支援し、又は自然の心臓を人工心臓に置き換えることさえ原則として可能であることが判明した。埋設した心臓支援ポンプ又は人工心臓の持続的使用は、現在のところ限られた範囲でしかできない。なぜならこの人工製品と血液及び全生体との相互作用が依然として血液及び生体の不都合な変化をもたらすからである。

実質的に円筒管からなり、外側に隣接するモーター固定子の回転子として形成された搬送部材がその中で回転する軸方向血液ポンプが先行技術により知られている。いわゆる回転翼を有する回転子は、回転させられた後、液体を軸方向に搬送する。このいわゆるアキシャルポンプの支承は大きな問題である。純機械的支承は血液の損傷と比較的高い摩擦係数のため不利である。これまで説明された各種の磁気支承も、極めてコンパクトな構造が求められるアキシャルポンプの支持条件のために特に十分な解決策をもたすものではなかった。

例えば国際特許公開公報第ＷＯ００／６４０３０号では搬送部材がもっぱら磁気的に支持された単相又は多相流体の入念な搬送のための装置が説明される。このために磁気支承のための永久磁石支持部材も、電動モーターの回転子として機能するための永久磁石部材も、搬送部材に組み込むことが好ましい。ここで説明される搬送装置のために磁気支承を使用すれば、被送流体の流れの中に通常配置されて被送流体の止水域と乱流を生じ、このため流れに不都合な影響を及ぼす支持部材を廃止することができる。ここで説明された磁気支承は軸方向力も半径方向力も吸収する。搬送部材の軸方向位置は能動的に（ａｃｔｉｖｅｌｙ）安定化され、一方搬送部材の半径方向支承は現存する永久磁石によってもっぱら受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）に行われる。ところが上記の搬送装置は幾つかの欠点がある。
国際特許公開公報第ＷＯ００／６４０３０号

受動的半径方向磁気支承は半径方向剛性及び減衰が比較的小さいのが特徴であり、このため圧送の際に回転子又は支承の臨界回転数を通過するときに問題が起こる。もし回転子に流体力学的及び機械的不釣合いがあれば、特に血液輸送装置として使用する場合はポンプの機能に重大な影響を及ぼす。

発明の根底にあるのは、搬送部材が完全に磁気的に支持され、半径方向支承が十分な剛性と効果的な減衰を有し、このため臨界回転数を通過するときの問題及び回転子の流体力学的及び機械的不釣合いの不都合な影響を回避することができる、液体の軸方向搬送装置を提示する問題である。

請求項１の特徴部分による液体の軸方向搬送装置によって課題の解決策が行われる。

即ち液体を実質的に軸方向に導く管状中空体からなり、中空体の外側にあるモーター固定子によって回転させられる磁気支承式搬送部材が中空体の中に軸方向に整列して配置され、かつ磁気支承を有する搬送部材が回転翼を備えている液体の軸方向搬送のための装置は、磁気支承が流体支承と組み合わされていることを特徴とする。

有利な改良が従属請求項に示されている。

搬送部材の支承は能動的に安定化された軸方向磁気支承、受動的半径方向磁気支承及び半径方向流体支承を有する。発明の別の構成では、半径方向流体支承は搬送部材と結合された中空円筒形の回転対称支持リングとされている。

搬送部材に少なくとも１個の支持リングが配置され、その場合支持リングはモーター回転子の先端及び／又はモーター回転子の末端もしくはこれらの位置の間に配置されている。

発明の別の実施形態では支持リングの軸方向寸法は最大で搬送部材の軸方向長さに相当し、支持リングの走行面の軸方向寸法は支持リングの内面より小さい。

支持リングは回転翼と同じ半径方向寸法を有し、これと結合されている。

さらに発展させて、支持リングは搬送部材の回転翼への流入を調節するための半径方向輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）を設けることができる半径方向寸法（厚さ）を有する。

別の構成では、回転翼が全長にわたり支持リングによって半径方向に画定されるような軸方向長さで、支持リングが設けられている。管状中空体の内側に対向する支持リングの走行面は、非常運転特性とさらに生体適合性（ｂｉｏ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）を備えた表面被覆を有することが好ましい。

一実施形態では支持リングの内面は、流動性に有利な影響を及ぼす輪郭を有する。
支持リングの走行面を走行線として形成すれば、特に有利な摩擦係数が生じる。

搬送部材の磁気支承に加えて流体支承を設けることによって、搬送部材の軸方向支承の大きな剛性及び減衰が得られる。搬送部材と固結された少なくとも１個の中空円筒形の回転対称支持リングにより流体支承が得られる。支持リングを適当に形成すれば、回転子に大きな傾き剛性が与えられる。支持リングの特に大きな軸方向長さにより、又は回転子に少なくとも２個の支持リングを取付けることによって、この効果を得ることが好ましい。

支持リングの軸方向長さが大きければ、又はこのような支持リングで回転翼を完全に包被すれば、回転翼に現われる半径方向ギャップの有害な作用が具合よく回避される。

図面に基づき発明を詳述する。

図１は搬送部材４の本発明支承を備えた、類別に基づくアキシャルポンプの構造の軸方向断面図を例示する。アキシャルポンプの主要部分は管状中空体１と、モーター固定子７及びアキシャルスタビライザー６を含むポンプケーシング３とからなる。ポンプケーシング３は管状中空体１に直接に回転対称に隣接する。管状中空体１の内部に流体前部案内５及び流体後部案内５’が設けられ、その間にモーター回転子７により回転させられる搬送部材４が配置されている。

搬送部材４は磁気的に支持され、永久磁石支持部材９及び９’がモーター回転子８に、永久磁石支持部材１０及び１０’が流体前部案内５及び流体後部案内に配置されている。搬送部材４のモーター回転子８に、支持リング１１と組み合わせた回転翼１１が設けられている。磁気的に支持された搬送部材４はモーター回転子７により回転させられ、その際相対する永久磁石支持部材９、９’及び１０、１０’とアキシャルスタビライザー６の組み合わせによって搬送部材は浮遊して保持され、支持リング１１は回転する搬送部材４の補助的流体支承を生じさせる。

図２は切欠いた管状中空体１の中の回転翼１１を備えたモーター回転子８の概略図を示す。この場合本発明に基づき支持リング１３はモーター回転子８の末端区域に配置されている。被送液はこの場合支持リング１３とモーター回転子８の間で移動させられる。支持リング１３の走行面１４は管状中空体１の内面２に対して最小の間隔で運動する。

図３はモーター回転子８の両端の２個の支持リング１３及び１３’の配置の概略図を示す。ここでは管状中空体１の図示を省略した。

図４は支持リング１３の本発明に基づく別の実施形態を示す。支持リング１５の内面１６は輪郭１５を有する。支持リング１３の断面図で分かるように、この場合輪郭１５は翼面に似た形になっている。ここでも管状中空体の図示は行わない。

同じく管状中空体を図示しない図５の発明の別の実施形態では、モーター回転子８の回転翼１１の全軸方向長さにわたる支持リング１３が配置されている。この場合も液体の給送は支持リング１３の内面１６とモーター回転子８の間で行われる。

図６の発明の別の実施形態では、走行面１４に隆起した走行線１７を有する支持リング１３が示されている。走行線１７は管状中空体１の内面２に対して最小の間隔とともに最小の摩擦を可能にする。

支持リングを有する軸方向血液ポンプの軸方向断面概略図である。 回転子上の支持リングの配置の概略図である。 回転子上の２個の支持リングの配置の概略図である。 内面に輪郭を設けた支持リングの配置の概略図である。 回転子全体に伸張する支持リングの概略図である。 走行面上に走行線を有する、回転子上の支持リングの概略図である。

符号の説明

１ 管状中空体
２ 内面
３ ポンプケーシング
４ 搬送部材
５ 流体前部案内
５’ 流体後部案内
６ アキシャルスタビライザー
７ モーター固定子
８ モーター回転子
９ 永久磁石支持部材
９’ 永久磁石支持部材
１０ 永久磁石支持部材
１０’永久磁石支持部材
１１ 回転翼
１２ 流体ガイド回転翼
１２’流体ガイド回転翼
１３ 支持リング
１３’支持リング
１４ 走行面
１５ 輪郭
１６ 内面
１７ 走行線

Claims (8)

1. 一定の内径を有して液体を実質的に軸方向に導く管状中空体（１）からなり、中空体（１）の外側にあるモーター固定子（７）によって回転させられる磁気支承式搬送部材（４）が中空体（１）の中に軸方向に整列して配置され、かつ磁気支承を有する搬送部材（４）が回転翼（１１）を備えている液体の軸方向搬送のための装置において、
   磁気支承が流体支承と組み合わせられており、
   搬送部材（４）の支承が能動的に（ａｃｔｉｖｅｌｙ）安定化された軸方向磁気支承、受動的（ｐａｓｓｉｖｅ）半径方向磁気支承及び半径方向流体支承（１３）を有しており、
   半径方向流体支承は、搬送部材（４）と結合された中空円筒形の回転対称支持リング（１３）であって、該支持リング（１３）が、モーター回転子（８）において前記液体が導かれる側の先端のみに配置されていることを特徴とする装置。
2. 支持リング（１３）が回転翼（１１）と同じ半径方向寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 支持リング（１３）と回転翼（１１）が結合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 支持リング（１３）が、搬送部材（４）の回転翼（１１）への流入の調節のための半径方向輪郭（ｐｒｏｆｉｌｅ）を設けることができる半径方向寸法（厚さ）を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の装置。
5. 回転翼（１１）が全長にわたり支持リング（１３）によって半径方向に画定されるような軸方向長さで、支持リング（１３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の装置。
6. 管形中空体（１）の内側に対向する支持リング（１３）の走行面（１４）が非常運転特性と、さらに生体適合性（ｂｉｏ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ）を備えた表面被覆を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。
7. 支持リング（１３）の内面（１６）が輪郭（１５）を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の装置。
8. 支持リング（１３）の走行面（１４）が走行線（１７）を有することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の装置。

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