Performance of Heat Exchange System : Investigation and Evaluation of Heat Exchangers for Medical Use

Detta examensarbete har genomförts på uppdrag av företaget Sangair i syfte att bidra med kunskap i deras utveckling av en produkt ämnad att behandla sepsis med hjälp av ozon. Sepsis är en av de ledande dödsorsakerna i världen och behandlas idag primärt med antibiotika. På grund av den ökade antibiotikaresistensen efterfrågas nya behandlingsmetoder. Ozon har bakteriedödande egenskaper och det finns goda indikationer på att ozonterapier kan komma att bli ett komplement till antibiotikabehandlingar. För att ozon ska lösas in väl i blod krävs låga temperaturer. Blod kan kylas utanför kroppen med hjälp av värmeväxlare som har till uppgift att överföra värme mellan två fluider. Målet för examensarbetet var att undersöka två värmeväxlare, CSC14 och BCD Vanguard från tillverkaren Sorin Group för att utvärdera deras kapacitet att kyla blod till temperaturer lägre än 12 °C. Som en del i målet undersöks värmeväxlarnas effektivitet i flödesintervallet 80–150 ml/min, samt förhållandet mellan den önskade temperaturen och den uppnådda temperaturen i processen. Arbetet utfördes primärt genom flertalet tester där ett system med värmeväxlare kopplades upp. Vid genomförandet av testerna användes mjölk för att simulera blodets egenskaper. Inställningen för kylaren var den parameter som hade störst påverkan på temperaturen som mjölken kunde kylas till. Skillnaden mellan den önskade och den uppmätta temperaturen var större ju närmre 0 °C kylartemperaturen kom. Testerna visade att CSC14 inte fungerar optimalt vid låga flödeshastigheter och därför ansågs denna inte lämplig för vidare tester. BCD Vanguard har en god effektivitet inom flödesintervallet där effektiviteten ökar med flödeshastigheten. This thesis work was carried out on behalf of the company Sangair with the purpose of contributing to their product development where they are designing a medical device for treating sepsis using ozone. Sepsis is one of the leading causes of death worldwide and is primarily treated using antibiotics. Due to the increase in antibiotic resistant bacteria new treatment methods must be developed. Ozone is bactericidal and may serve as a complement to antibiotic treatments. The solubility of ozone in blood increases with decreasing temperatures. Heat exchangers, which transfer heat between two fluids, can be used to cool the blood outside the human body. The goal for this thesis work was to investigate two heat exchangers, CSC14 and BCD Vanguard, both manufactured by Sorin Group. The objective was to evaluate their respective capacity to cool blood to temperatures below 12 °C. The efficiency of the heat exchangers for flow rates ranging from 80—150 ml/min and the relationship between the desired temperature and the actual temperature were evaluated. Multiple tests were performed with heat exchangers connected in a simple system. Milk was used to simulate the properties of blood. The settings of the cooling unit had the greatest effect on the achieved cooling. Differences between the desired and the measured temperature were greater the closer to 0 °C the cooler was set. The test unveiled that CSC14 does not perform well at low flow rates and thus no further testing was done using that heat exchanger. The BCD Vanguard was shown to have a high efficiency in the desired interval with performance increasing with increasing flow rates.