用于利用光发射器加热医用液体的医用传热器和具有光发射器的医用液体处理装置

摘要

本发明建议一种用于通过光发射器加热的医用传热器。所公开的传热器具有至少一液体室，后者具有至少一液体密封地构成液体室的外壁，其中该液体室配置成用于容纳和/或通导医用液体，其中该液体室具有至少一至少部分设置在液体室内部的、配置成光吸收器的部件，它这样设置，在容纳和/或通导医用液体时至少部分地直接接触在配置成光吸收器的部件与医用液体之间，并且该液体室的外壁具有至少一光通道，由此使从光发射器发射的光可以加热吸收器，不会在医用传热器上产生局部温度峰值。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于利用光发射器加热医用液体的医用传热器和具有光发射器的医用液体处理装置。

背景技术

在医用技术中存在许多任务，其中要加热医用液体，例如为了避免由于医用液体冻着患者和/或调整医用液体的给定温度接近患者体温。这种医用任务的示例是加热体外血液循环中的血液或者加热在透析液体循环中的透析液体或者加热替代液体，例如这在血液透析、血液过滤和血液渗滤时出现。在通过体外血液循环处理血液方法中对患者通过动脉透析针从由瘘和分流构成的血管入口取出血液，血液由动脉透析针通过动脉软管例如利用血液泵排出到血液处理单元，例如透析器或过滤器并且在通流血液处理单元以后通过静脉软管导回到患者瘘或分流。血液在体外血液循环中通过热损失到环境可以明显冷却。利用医用传热器可以将血液在返回到患者之前加热到给定温度。对此适合的医用传热器可以设置在静脉软管里面。已知医用传热器，其中静脉管的管段围绕电加热滚筒缠绕。

其它应用医用传热器的示例是在腹膜透析时加热透析液体或者以注射技术加热注射溶液。

通过电阻加热元件例如加热板或利用电的光发射器实现利用医用传热器加热医用液体，它们间接地从外部加热医用传热器。

在文献WO03/061740A1中描述了一个医用传热器，它由一次性加热盒构成，其中从外部一方面通过耦联在加热盒上的电的光发射器并且另一方面在加热盒的对置侧面上附加地通过耦联在加热盒上的电的电阻加热板实现加热盒的加热。在可选择的实施例中电的加热板在加热盒外部附加地具有红外射线吸收器，它从外面附加地加热加热盒。

由现有技术已知的这种医用传热器存在明显的缺陷，因为光发射器的设备端的耦联面与一次性加热盒的耦联面是高热负荷的，其中最大产生温度不仅由于安全观点而且由于材料观点例如不允许超过80℃。因此必须至少大的耦联面和机械上费事地耦联一次性加热盒到光发射器的设备端的耦联面上。此外附加地需要抽出在一次性加热盒的耦联面与光发射器的设备端的耦联面之间耦联时夹杂的空气。如果一次性加热盒的耦联面由薄膜构成，则在与抽吸空气连接时也需要费事地顶压薄膜在光发射器的耦联面上。尽管这种费事的措施仍然必须通过设备端的结构部件冷却排出相当可观的光发射器射线并且不用于加热医用液体。

在光通过材料时一部分光转换成热量，而一部分光漏出。

在非常小的材料层厚dx内部，光的射线强度以相同的一小部分减小，这通过吸收系数描述。吸收系数是材料特有的与光波长λ有关的函数，它称为材料的吸收光谱μ（λ）。在确定的波长时的吸收系数越大，在覆层薄的层dx中吸收的确定波长的光射线强度越大，它在层中转换成热量。

传输系数类似地描述光穿过非常薄的材料层厚dx。传输系数以类似的方式是特有的光波长λ的函数，它称为材料的传输光谱μ（λ）。在确定的波长时传输系数越大，穿过非常薄的层dx的确定波长的光射线强度越大。

物体的吸水率α由吸收的射线能量与产生的射线能量的商数定义。因此吸水率是表征物体在其特性：产生的光转换成热的程度。

物体的传输率τ由通过的射线能量与产生的射线能量的商数定义。吸收所有产生的射线并且完全转换成热量的物体具有0的吸收率和传输率（绝对黑体）。物体的反射率ρ由反射的射线能量与产生的射线能量的商数定义。

它适用于：传输率τ+吸水率α+反射率ρ=1。

反射所有产生的射线或通过所有产生的射线的物体具有0的吸收率。

这种通过光发射器加热的医用传热器的已知优点是，由于在光发射器与液体之间的空间距离的高度电安全性。

这种通过光发射器加热的医用传热器的已知问题是，至少局部产生的不允许的温度峰值，其中该问题尤其在由塑料制成的、具有微小导热性的医用传热器中出现。微小导热性的后果是，这种医用传热器给出相当可观的入射热量到医用传热器周围的空气，这引起不利地影响传热系数。

已知的医用传热器由一次性加热盒（一次性用品）制成。为此由于成本的原因使用尽可能成本有利的塑料作为原料，但是它们通常具有上述的微小导热性的缺陷。

在医用传热器上的局部温度峰值一方面可能损伤医用传热器的材料，或者甚至由于软化、熔化或燃烧而损坏。另一方面这种局部温度峰值也可能损伤医用液体，这尤其在患者安全性方面是有障碍的。尤其光发射器也可能过热。

已知的防止至少局部产生不允许的温度峰值的结构措施是，使用大的传热器表面以及分别在容忍热传递的高成本和低效率的条件下有目的地偏转射线和屏蔽射线。

发明内容

因此本发明的目的是，给出改进的医用传热器。

这个目的通过独立权利要求1,15,16和17得以实现。有利的实施例是从属权利要求的内容。按照权利要求1的医用传热器的优点可以全部地通过按照权利要求15的医用软管组或者通过在权利要求16或按照权利要求17的医用液体处理装置实现。

在本理论意义上的医用液体包括例如由血液、血离子、透析液、替代液、生理食盐溶液、药溶液、对照剂、注入溶液、腹膜透析溶液以及专业人员公知的这些液体的混合物组中的液体，但是它们不局限于上述的示例。用于这些液体混合物的示例例如是血液与替代液和/或生理食盐溶液、和/或药溶液、和/或对照剂和/或注入溶液的混合。

对应于第一方面，所述医用传热器具有至少一液体室，后者具有至少一液体密封地构成液体室的外壁，其中该液体室配置成用于容纳和/或通导医用液体，并且其中该液体室具有至少一至少局部设置在液体室内部的、配置成光吸收器的部件，它这样设置，在容纳和/或通导医用液体时至少部分地直接接触在配置成光吸收器的部件与医用液体之间。

配置成光吸收器的部件按照本理论理解为一个部件，它规定且适用于，吸收绝大部分入射的光。

对应于另一方面，配置成光吸收器的部件具有光吸收率α₂和光传输率τ₂，其中优选在200nm至3000nm的光波长范围且特别优选在350nm至2000nm光波长范围光吸收率α₂远大于光传输率τ₂。

对应于另一方面，配置成光吸收器的部件由材料制成，其吸收谱优选在200至3000nm的光波长范围且特别优选在350至2000nm的光波长范围具有吸收系数的至少一局部最大值或绝对最大值。

配置成光吸收器的部件在医用液体上的热传递引起足够的热传导。如果以微小的进入深度吸收射线，则例如具有0.15W/mK的导热性的塑料就足以给出热量到医用液体上。

对应于另一方面，配置成光吸收器的部件可以在液体室里面向着一侧或者两侧或者所有侧面直接与医用液体接触，即，可以通过医用液体溢流后绕流配置成光吸收器的部件实现直接接触。对于有效的对流的热传递特别有利地是，通过医用液体两侧或所有侧面绕流配置成光吸收器的部件。

配置成光吸收器的部件为了加大表面可以具有三维的结构，用于改善传热。例如三维结构可以由筋或短臂构成。配置成光吸收器的部件的这些筋或短臂也可以用于，与医用传热器外壁内侧上的相反的筋或短臂共同作用迫使医用液体多次蜿蜒形的流体偏转，用于改善配置成光吸收器的部件在医用液体上的热传递。此外三维结构可以设计成产生涡流流体，用于进一步改善热传递。

配置成光吸收器的部件可以在其表面上具有三维传导结构，用于产生旋转流体，由此使配置成光吸收器的部件被医用流体例如螺旋形旋转地绕流。

配置成光吸收器的部件对于可见光可以是黑的或暗的。

配置成光吸收器的部件可以通过适合地选择材料配置，用于吸收宽波长光谱中的光，或者可以通过适合地选择其它材料，用于选择性地吸收窄波长光谱中的光。

作为配置成光吸收器的部件的材料例如可以选择陶瓷或金属或塑料或者其它具有足够高导热性的材料。通过足够高的导热性在以光照射时在配置成光吸收器的部件中实现基本均匀的温度分布，由此避免温度峰值并且均匀地加热医用液体。

配置成光吸收器的部件可以由复合材料、尤其由复合热塑注塑塑料或者由复合热塑挤塑塑料、或者由利用金属蒸镀覆层的注塑件或者由利用金属蒸镀覆层的挤出件或者由金属、尤其由特种钢、或者由陶瓷材料、尤其由Al₂O₃或AlN制成。

配置成光吸收器的部件可以由具有金属的和/或陶瓷的和/或氧化的填充材料的复合热塑塑料制成，或者配置成光吸收器的部件可以由具有由这些填充材料制成的接合层的热塑塑料制成。

所述液体室对应于另一方面可以具有至少一在液体室外壁中的入口，用于输入医用液体到液体室，和/或至少一在液体室外壁中的出口，用于从液体室排出至少一医用液体。

对应于另一方面，所述液体室可以具有端口和/或隔板，用于输入和/或取出医用液体。

所述液体室可以局部或者总体上基本刚性地构成，或者但是局部或总体上柔性地构成。所述液体室可以一体地制成或者由至少两个部件液体密封地组拼。用于局部刚性构成的液体室的一个示例是通过注塑或热成形制成的液体盒，具有基本刚性的硬部件，它具有空穴和/或用于导引医用液体的通道，其中空穴和/或通道以柔性薄膜覆盖并且构成液体室内部，其中硬部件和柔性薄膜一起构成液体室的外壁。

总体上基本刚性构成的液体室的一个示例可以由两个注塑件组装，其中至少一注塑件具有空穴，例如由基本刚性的第一外壳部件和基本刚性的第二外壳部件组成。其中两个部件液体密封地相互连接或者可以连接，由此至少一空穴构成液体室内部，并且第一外壳部件与第二外壳部件一起构成液体室的外壁。

总体上柔性构成的液体室的一个示例是液体袋。在此液体室的外壁通过两个柔性的薄膜段构成。配置成光吸收器的部件在这个实施例中是黑薄膜，它至少局部地焊接在外壁的两个柔性薄膜之间。

对应于另一方面，所述传热器具有至少一配置成光通道的液体室外壁段。

对应于另一方面，所述传热器一体地通过喷吹由至少一热塑的塑料制成。

关于配置成光通道的液体室外壁段按照本理论理解为一个部件，它规定且适用于，通过绝大部分入射的光并且只反射或吸收一小部分入射的光。因此配置成光通道的段在光入射时只略微加热并且入射的光以高效透过。由此避免在液体室外壁上的温度峰值，因为几乎不加热外壁。

对应于另一方面，配置成光通道的液体室外壁段具有光吸收率α₁和光传输率τ₁，其中优选在200nm至3000nm的光波长范围且特别优选在350nm至2000nm光波长范围光传输率τ₁远大于光吸收率α₁。

对应于另一方面，配置成光光通道的液体室外壁段由一种材料制成，其传输光谱优选在200至3000nm的光波长范围且特别优选在350至2000nm的光波长范围具有吸收系数的至少一局部最大值或绝对最大值。

配置成光通道的液体室外壁段可以对于可见光至少半透明或者甚至透明地构成。

配置成光通道的外部段可以在外壁的一部分上或者基本在整个外壁上延伸。由此有利地避免由于光入射在液体室外壁上的温度峰值。

配置成光通道的外部段可以由具有环绕的液体密封的框架的开孔组成，在其中安装透明的玻璃。该玻璃例如可以由玻璃、石英玻璃或者由聚丙烯制成。所述玻璃可以是基本圆形或者基本矩形的。

对应于另一方面，所述医用传热器可以是医用软管组的组成部分，其中医用软管组附加地还具有专业人员公知的组分。

对应于另一方面，所述医用传热器可以是医用液体处理装置的组合的组成部分，其中所述液体处理装置具有至少一用于加热医用传热器的光发射器。

用于这种实施例的示例是血液透析设备，具有透析液体循环和替代液体源，其中透析液体和/或替代液体利用安装在透析设备里面的、按照公开文献的医用传热器加热。在这个实施例中医用传热器一般由有资质的服务技术员更换并且确定用于长时间使用。

对应于另一方面，所述医用传热器可以配置成耦联在医用液体处理装置上，其中医用液体处理装置具有至少一光发射器和至少一配置成光通道的用于医用传热器的耦联面。

这种实施例的示例是血液透析设备，其中血液能够在体外血液循环中利用按照本发明的传热器加热。在这种实施例中所述医用传热器由血液透析设备的使用者在开始每次血液处理之前分别作为新的一次性用品耦联在血液透析设备的耦联面上。

对应于另一方面，所述医用液体处理装置具有控制和/或调节单元，具有用于控制和/或调节至少一光发射器的射线功率的控制器。具有控制器的控制和/或调节单元可以与液体管道里面或上面的、最好在医用传热器的液体出口上的温度测量装置处于信号连接。该温度测量装置可以是液体处理装置的组成部分，其中液体管的测量位置衬入到液体处理装置上的相应的测量容纳体里面。

所述光发射器可以配置成发射宽的波长光谱中的光，例如包括可见光或者包括可见光和红外光。

备选地，所述光发射器可以配置成选择性地发射窄的波长光谱中的光。

所述光发射器特别有利地配置成选择性地发射比红外光波长更短波长的光谱。

在一实施例中能够使光发射器只用于发射红外光。配置成光吸收器的部件在这个实施例中通过选择材料配置成选择性地吸收红外光。

所述光发射器的电功率消耗的功率范围优选位于1W至1000W，且特别优选100W至600W。

附图说明

下面参照附图详细解释按照本发明的传热器的实施例。利用在附图中示出的实施例详细描述其它细节和优点。附图中的附图标记分别通用地在所有附图中具有相同的意义。

附图示出：

图1光发射器上的传热器结构的示意剖面图；

图2具有组合的医用传热器的医用软管组的示意图；

图3具有用于耦联医用传热器的耦联面的医用液体处理装置的示意图。

具体实施方式

图1示出光发射器400上的医用传热器100结构的示意剖面图。光发射器400在这个实施例中是医用液体处理装置的设备侧的组成部分，并且医用传热器100由一次性用品构成。

光发射器400具有多个在附图1中通过十字象征性表示的白炽灯，它们并排地设置，用于尽可能均匀地照射光发射器400的光通道410。光发射器400的固定410在本实施例中是平面的透明的由无色玻璃制成的玻璃盘。背离白炽灯的光通道410侧面形成耦联面420，它通过其形状和其尺寸配置成耦联医用传热器100。在图1中未示出用于固定传热器100在耦联面420上的装置。对此适用的例如是夹紧装置或者用于顶压和固定医用传热器的门。

医用传热器100在本实施例中由具有第一环绕法兰119的第一外壳部件117和具有第二环绕法兰120的第二外壳部件118构成，其中两个外壳部件壳形地构成。第一外壳部件117通过其第一环绕法兰119与第二外壳部件118的第二环绕法兰120液体密封地连接，其中作为密封在法兰之间设置光吸收器116的环绕边缘。因此光吸收器116夹紧在外壳部件117与第二外壳部件118之间，并且液体室110的内部分成第一流体通道125，它面对液体室114的光通道，和第二流体通道126，它背离液体室114的光通道。第二流体通道126具有外壁112入口，用于输入医用液体到第二流体通道126里面。第一流体通道125具有外壁113出口，用于从第一流体通道125排出医用液体。在本实施例中入口和出口相互紧邻，由此流体通道125,126串联地共同地在所示横截面中构成U形的液体室，其中流体通道125,126通过光吸收器116中的液体通孔128处于连接。

如果本实施例的医用传热器被医用液体通流，则医用液体首先在较冷的第二流体通道126中加热，该流体通道背离液体室114的光通道，然后在较热的第一流体通道125中加热，它面对液体室114的光通道。由此实现特别高效的热传递。

第一外壳部件117在一部分中由液体室114的光通道构成。外壁材料至少在这个部位平面且透明地构成并且还通过形状和尺寸配置成耦联医用传热器100在光发射器420的耦联面上，由此光可以从光发射器410的光通道入射到液体室114的光通道里面。

在本实施例中医用传热器在第二外壳部件118的外侧面上具有周边短臂形式的加固，由此使医用传热器总体上具有高强度。在本实施例中通过抽吸通道127可以从液体室114的光通道与光发射器410的光通道之间的中间空间抽吸空气，用于使光吸收在中间空间中最小并且保证特别可靠地耦联热传递。但是在另一实施例中可以省去抽吸通道127。

光发射器410的光通道和液体室114的光通道在光入射时只吸收一小部分入射的功率并且使绝大部分入射的功率入射到液体室110里面。在液体室里面绝大部分入射功率被光吸收器116吸收，由此光吸收器116加热。

如果医用传热器耦联在光发射器400上并且被医用液体通流并且位于运行中的光发射器400发射光，由此光吸收器给出其吸收的热量通过热管和辐射红外射线给到医用液体上，由此它保护地加热医用液体。

图2示出图1的传热器的扩展结构，其中传热器100组合到医用软管组200里面。医用软管组在图2中仅仅示意地通过医用传热器100上的输入管和排出管表示。对于专业人员显然，医用软管组200除了医用传热器和上述软管以外还可以具有公知的其它部件。这些公知的其它部件例如可以是用于体外血液处理的血液软管组的或注入技术领域的医用软管组的常见部件，例如连接器、用于连接转子泵的泵软管段、透析器、空气分离器、干燥室、凝块收集器、软管卡子、测量器皿、刺针位置。

医用软管组200可以在加工过程中与相关的医用传热器共同地杀菌和包装，这在门诊应用中是操作有利的。

图3简示出医用液体处理设备300的示意图，具有光发射器400和光发射器的耦联面420，它用于耦联作为图2的医用软管组200的组成部分的传热器100。未示出在医用液体处理设备中用于在医用软管组200中输送医用液体公知的装置，在本实施例中的转子泵（在图3中未示出），在转子泵里面衬入医用软管组的泵软管段。此外未示出在医用液体处理设备中公知的用于测量医用软管组200上的温度的装置，在本实施例中由用于医用软管组的软管段的测量容纳体构成并且设置在医用传热器100出口的下游。

医用液体处理设备300具有控制和/或调节单元500，具有控制器，它与用于测量在医用传热器100下游的医用软管组200上的温度的装置处于信号连接。此外控制和/或调节单元500与光发射器处于信号连接。控制和/或调节单元500还具有输入单元，用于手动输入理论温度的数字值。

在控制和/或调节单元500的控制器里面存储具有程序编码的计算机程序，它调节光发射器的功率，当程序编码在控制和/或调节单元500中运行的时候，保持给定的理论温度在给定的界限以内。

附图标记清单

100医用传热器

110液体室

111外壁

112外壁的入口

113外壁的出口

114液体室的光通道

115传热器的耦联面

116光吸收器

117第一外壳部件

118第二外壳部件

119第一环绕的法兰

120第二环绕的法兰

121第一外壳部件的三维结构

122第二外壳部件的三维结构

123吸收器的第一三维面

124吸收器的第二三维面

125第一流体通道

126第二流体通道

127抽吸通道

128液体通过孔

200医用软管组

300医用液体处理装置

400光发射器

410光通道

420耦联面

500控制和/或调节单元