CN103608059B - 液体加温或冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层液体热交换容器，该容器包括导热片，导热片包括至少一包括金属箔的第一层以及至少一包括生物相容塑性材料的第二层，多层片用于液体容器及系统加热或冷却液体，所述系统包括容器及用于容纳该容器的液体加热或冷却装置。本发明还涉及加热或冷却液体的方法以及制造所述液体容器的方法，所述加热或冷却液体的方法包括将液体环流通过容器的步骤。

Description

液体加温或冷却系统

技术领域

本发明涉及一种输送加温或冷却治疗液的系统和方法。

背景技术

现有技术中，人们已知构造用于加温或冷却并输送治疗液的系统。这些系统通常结合电加热装置或者加热或冷却液体浴器以及一次性热交换容器，其中电加热装置与包含加热片或电子冷却装置。另外，还可将“盒式”容器用作热交换器。这类“盒式”容器通常由至少两层塑性材料制成，这两层塑性材料相互接合，利用高热或高频熔接等方法在两层之间形成液体通路。

发明内容

通常优选塑性材料的原因在于塑性材料较为便宜并易于成型和使用。然而，多数现有的塑性材料并不能有效导热。一方面，鉴于塑性材料的传导性不佳，因此形成容器的塑性片材最好尽可能薄。另一方面，塑性片材的厚度应薄至足以能够确保制造过程中的均匀性以及满足最终使用的安全性（例如不存在泄漏）。此外，塑料层厚度上的限制还影响了所制造容器的硬度，而通常需要外部钢架来加固这类容器，从而可置于适当位置并插入加温装置。

除塑性容器之外还可采用金属容器，金属容器在热导性方面的性能通常更优于塑性材料，但金属材料较昂贵、更不易于使用且其生物相容性较差。金属容器更为坚固且一般无需加固架，但这种坚硬使其制造更为复杂，特别是容器接触加温装置加热片的一面必须是平面，从而才能确保良好的贴合并且其接触面足以在两元件间提供有效的传热。

本发明的目的在于缓解上述问题。

附图说明

下面根据附图对本发明进行进一步说明，其中：

图1是根据本发明的第一液体加温或冷却容器的示意图；

图2是根据本发明的液体加温或冷却盒的第一多层结构的示意图；

图3是根据本发明的液体加温或冷却盒的第二多层结构的示意图；

图4是根据本发明的液体加温或冷却盒的第一液体连接器的示意图；

图5是根据本发明的液体加温或冷却盒的第二液体连接器的示意图；

图6是根据本发明的第二液体容器各层的示意图；

图7A和图7B是根据本发明的液体加温或冷却盒的第三液体连接器的示意图；

图8A至图8C是根据本发明的第三液体加温或冷却容器的示意图；

图9是根据本发明的第四液体容器的示意图；

图10是根据本发明的第五液体容器的示意图；

图11是根据本发明的第六液体容器的示意图；

图12是根据本发明的第七液体容器的示意图；

图13A是塑性液体加温或冷却容器的液体通道的截面示意图；

图13B是根据本发明的液体加温或冷却容器的液体通道的截面示意图。

具体实施方式

根据本发明所述的热交换容器包括塑料层和金属层的结合并结合使用电加温装置或电冷却装置或者加温或冷却液浴器。所述容器可结合使用包括加热片的液体加温装置或者包括制冷片的冷却装置。举例而言，冷却系统尤其可用于在心搏骤停后或心脏手术过程中保护神经，使患者血液的温度下降一段时间，然后在精确的控制下再使其升至常温。

如图1所示，液体加温或冷却容器1包括液体进口2及液体出口3。在使用中，液体进口2与储液器流体连通，储液器通常为治疗液袋（图中未示）。在使用中，液体出口3与患者相连。具有生物相容性的塑料管装置（如PVC、硅树脂或聚氨酯管）可用于将进出口2和3连接至储液器或患者。

参照图2和图3，容器包括第一层4及第二内层5，第一层4包含金属箔，第二内层5包含具有生物相容性的塑性材料。

优选地，金属箔包含高导性半硬质材料，如铝箔。更优选地，金属箔包含纯度最少为98%的铝箔，如软质铝箔。最好采用铝金属的原因在于其矿藏富饶且价格低廉。此外，可塑性较佳的可延展式铝箔制品极为常见。亦可考虑采用其他高导性材料，但相较于铝，铜的生物相容性更差、具有毒性且更为昂贵，钢的可塑性及传导性不佳，金的价格过高。

优选地，第一层4的厚度小于60微米。厚度大于60微米的第一层4不能够具有所需的柔韧性及传热性能。第一层4的厚度还应薄至足以使其可稍微膨胀，从而可与加热片保持良好的接触。如果层4过厚，该层则会变得过于坚硬，必须移动或控制加热片或热交换器造成足够的压力才能确保有效的传热。由于使用金属箔，第一层4可为液体加温装置的加热片至治疗液（或治疗液至液体冷却装置的制冷片）提供更有效的热传递。另外，在制造容器1的熔接过程中传递到系统的能量可实现有效均匀地传输。

优选地，第一层4的厚度大于30微米。其原因在于，倘若低于该范围，金属箔的硬度则不足以插入加温或冷却装置的开孔中。包含金属箔的第一层4的优势在于，可使容器1具有恰当的硬度和稳定性。一方面，根据本发明的容器1的半硬性可使容器1的制造及处理更为容易；另一方面，根据本发明的容器1的半硬性可令使用者能够将容器1插入液体加温或冷却装置。使用容器1时，无需任何支撑架或结构即可轻松地将容器1插入液体加温或冷却装置。

对于较佳的制造过程，值得注意的是，倘若第一层4过厚，则难以形成真空的多层结构，倘若第一层4过薄，则该层的完整性会在结构伸缩的情况下受到破坏。

更优选地，第一层4的厚度为45微米±8%。实际上，金属箔层4的厚度约为45微米，其密度约为121.50克/平方米，此时热传递与硬度的平衡性最佳。

层5的材料应选择生物相容性较高、均匀、易于处理、价格便宜、可与层压过程中所用的粘合剂相容并适于高热或射频焊接（容器制造过程）的材料。例如，该材料是PVC（优选不含DHP）。

优选地，第二层5的厚度范围是45微米至75微米。其原因在于，内层5薄于45微米的情况下会变得难以制造及处理，并且其表面的厚度不足以能够有效粘合或熔合至其他层。此外，第二层过薄的情况下，接合点则会过于脆弱，不能承受使用过程中液体的压力，可能会发生爆裂。内层5厚于75微米时，热传递以及系统性能均会有所降低。最佳地，内层5的厚度约为60微米±10%。

内层5是具有生物相容性的塑料层，在使用中，该层与治疗液（例如液体或血液）接触，由此该层优选包含医疗级塑料。此外，优选地，该内层5包含热封材料，该热封材料用作容器1的两金属箔层4之间的熔接材料。

第一层4及第二层5连在一起或层压在一起，从而这两层可作为单一的结构，该结构在一个表面上包含内层5的生物相容性以及金属箔层4的物理属性（如热导性和半硬性）。优选地，利用粘合方式将层4和层5连接在一起。更优选地，粘合方式包含高分子粘合剂，如聚酯/聚氨酯粘合剂。可选地，容器1包括第一外层6，该层优选包含塑性材料。在一较佳的实施方案中，包含金属箔的第一层4置于包含生物相容性塑料的第二层5与外层6之间，由此形成三层结构。该第三外层6的添加具有诸多优点，例如：

1、在双层结构中，包含金属箔的第一层4暴露在外。由此，制造过程中剃除或脱落并落入液体通道中的小金属颗粒可能会使热交换器受到污染。通过增加第三外层6，第一层4夹于两个塑料层之间，可防止出现这类污染。

2、片材包括第三外层6时可获得坚固的热焊点，从而可在通道可能发生破裂的情况下仍可仍受流经其中的液体。

优选地，外层6包括包含一种材料的薄膜，优选为高分子材料，如聚酰胺或拉伸尼龙（OPA）薄膜。最好采用OPA的原因在于可对其进行诸多改进，例如易于在其表面上印刷。此外，增加该外层6可避免在制造过程中释放可能具有毒性的金属颗粒。

优选地，第三外层6的厚度小于35微米。该层的厚度需足以提供一定的完整性并可在其上印刷，但同时由于其天然的绝缘性，应尽可能薄才能确保良好的传导性。更优选地，厚度范围是15微米至35微米。第三层6的最佳厚度约为25微米±10%。

系统所并入的该第三层以及任何可能添加的层应连接第一层4和第二层5并作为单一的结构（如上述）。该外层6构造成与电加温的电热片或冷却装置的制冷片相接触。优选地，它具有高生物相容性并且在制造过程中相对简单干净地进行处理。在制造热交换器的熔接过程中，它能够有效均匀地传输系统中所传递的热和能量。

优选地，三层结构的厚度范围是90微米至170微米。包括粘合剂的三层结构的最佳厚度约为138微米±10%。

参照图1，第一层4、第二层5以及可选地第三层6或其他可选层连接在一起形成片材7。优选地，容器由两个片材7制成，这两个片材连在一起形成流体通道8，从而可使液体从进口2流至出口3。优选地，液体通道8形成蛇形通路。

优选地，通过在多层片材的特殊区域应用真空或利用压力的机械应力获得液体通道，从而确定其形状，例如较佳的蛇形。由于材料的独特性质，其在真空或印压时能够保持形状，能够更好地形成液体通路并在使用中保持其形状。因此，液体可基本无阻地在通道中流通，并能确保与热交换器及加热/制冷片间的均匀接触表面。

液体容器1可以是大体扁平的矩形容器。优选地，进口2和出口3置于邻近容器1边缘的位置。口部2和3可包括第一部分2a，该第一部分2a基本垂直地从容器1的表面伸出。管10可直接连至第一部分2a的端部（参见图4）。可选地，口部2和3可包括第二部分2b，该第二部分2b基本垂直地从第一部分2a的端部伸出（或基本平行于容器1的表面），管10可连至第二部分2b的端部（参见图5）。口部2和3或如图5所示的连接件较佳，其原因在于，相较于如图4所示的结构，该口-管构造更为紧凑且节约空间。如图7A和7B所示，最佳的连接件2和3构造设置成管沿着容器表面延伸，而不是垂直于容器表面。

参照如图8A和8B所示的实施例，本发明所述的液体加温或冷却容器可包括形成蛇形通路的液体通道。由于其物理属性，包括金属箔的多层薄膜可以任意所需形式简单成型。可采用包括真空成型、热成型或正压装置等技术。优选蛇形形状的原因在于可增加其表面区域并由此改善传导性。

增加表面区域并由此改善传导性的另一特征是液体加温或冷却容器接触加温装置的加热片（或冷却装置的制冷片）的基本平坦的表面。如图13A所示，已知的液体加温塑料容器具有大体圆形或曲形截面。由于制备这些容器所用的塑性材料具有柔韧性，液体通道在填充液体的情况下会趋向于形成环形或曲形形状。因此，液体通道与加温装置的加热片实际接触的区域显著减少。

与之相比，本发明的液体加温容器可包括液体通道8，该液体通道8带有至少一个接触加温装置的加热片或冷却装置的制冷片的基本平坦的表面（参见图13B）。容器包括金属层，该金属层为制造这种表面提供所需的延展性以及刚性。可利用不同的材料组合获得相似的形状和硬度，而为了实现这一点，则容器可能需要增加厚度，在此情况下会影响到容器结构及传热效果。

优选地，液体通道8具有圆状的蛇形形状，即没有任何角t，便于液体的流动（例如参见如图8-12所示的容器）。

在使用中，治疗液例如容纳于挂在输液袋支架上的液袋中。例如借助塑料管10，液袋与容器1的进口2流体连通。例如借助第二塑料管10，容器1的出口3与患者流体连通。将容器1插入液体加温装置，该液体加温装置包括加热器，优选两个加热片。液体利用泵装置或重力从液袋流通至容器1的进口2。液体流经蛇形的液体通道8并通过穿过容器1的片材7的加热片的热传递加热至适当的温度。可利用温度控制装置调节液体的温度，例如本申请人的英国第GB1021898.0号专利申请所述的装置。加热的液体通过出口3流出容器1并借由管10传输至患者。

可选地，将容器1插入包括制冷装置的液体冷却装置，所述制冷装置可以是两片制冷片或冷却或加温液的液浴器。液体流经蛇形的液体通道8并通过治疗液向穿过容器1的片材7的制冷装置的热传递冷却至适当的温度。冷却的液体通过出口3流出容器1并借由管10传输至患者。

本发明提供一种高性能液体加温系统，该系统带有热传递属性提高的容器，这种提供主要是由于塑性材料（传导性较差的材料）厚度的减小、金属箔层良好的热传递属性以及为流体加温件的加热片（或液体冷却件的制冷片）与热交换器中的流体容器之间提供均匀有效的接触面的恰当硬度。

本发明所述容器的优势在于，多层结构可在使用时略微膨胀，从而可接触加热片并确保更佳的热传递及良好的加温性能。本发明所述容器由此控制膨胀的另一优势在于，毋须清空液体容器（即排空容器）即可将热交换容器从两片加热片之间移出。容器膨胀至足以确保与加热片的良好接触，却不会膨胀过大至难以移出加温装置。由此，在处理后，可将容器从加温系统取出，而无需将手术室中的液袋拆下并再将液袋重新插入恢复室的另一恢复系统。反之，在热交换器是由可膨胀的材料组合制成的情况下，容器在充满液体时受到压力，在不排空容器的情况下并不能从加温装置移开。

由于多层箔片的熔接非常容器且均匀，因此本发明所述容器的制造过程极为简化，由此可节省制造成本。另外，不在需要附加结构（如框架）来支撑容器，以使其便于插入热加温或冷却件。此外，用于制造本发明所述容器的材料均为相对较便宜的材料。

实施例

根据本发明的容器的多层结构的示例如下：

图6表示具有较佳厚度（微米）的三层片材结构。

一旦根据医学标准完成所述结构的至少一个消毒过程，如妥善存放，所述结构的保质期可达五年。对于存储而言，在本发明的结构中使用生物相容性材料可确保在治疗液流经容器时金属箔层不会发生泄漏。外层的使用为容器的内容物提供额外的保护。

Claims (18)

1.一种多层液体热交换容器，该容器包括一导热片，该导热片包括：

至少一包括金属箔的第一外层，其中所述第一外层的厚度小于60微米且大于30微米；

至少一包括生物相容塑性材料的第二内层，其中所述第二内层的厚度小于75微米且大于45微米；以及

包括生物相容塑性材料的第三外层。

2.根据权利要求1所述的容器，其中所述第一外层包括铝箔。

3.根据权利要求2所述的容器，其中所述第一外层的厚度是45微米±8％。

4.根据权利要求1所述的容器，其中所述第二内层包括PVC膜。

5.根据权利要求4所述的容器，其中所述第二内层包括医疗级PVC。

6.根据权利要求1所述的容器，其中所述第二内层的厚度是60微米±10％。

7.根据权利要求1所述的容器，其中所述第三外层包括拉伸聚酰胺膜。

8.根据权利要求1所述的容器，其中所述第三外层的厚度小于35微米且/或大于15微米。

9.根据权利要求8所述的容器，其中所述第三外层的厚度是25微米±10％。

10.根据权利要求1所述的容器，其中所述容器包括两个导热片并进一步包括一成形于所述两个导热片之间的流体通道。

11.根据权利要求10所述的容器，该容器按照一形状预成型，其中所述流体通道包括至少一平坦的表面，该表面接触一加温装置的一加热片。

12.一种用于如权利要求1至11中任一项所述的容器的多层片。

13.一种加热液体的系统，该系统包括如权利要求1至11中任一项所述的容器以及一容纳该容器的液体加温装置。

14.一种冷却液体的系统，该系统包括如权利要求1至11中任一项所述的容器以及一容纳该容器的液体冷却装置。

15.一种加热液体的方法，该方法包括使液体环流通过如权利要求1至11中任一项所述容器的步骤。

16.一种冷却液体的方法，该方法包括使液体环流通过如权利要求1至11中任一项所述容器的步骤。

17.一种制造如权利要求1至11中任一项所述容器的方法，该方法包括提供一片材的步骤，该片材包括至少一包括金属箔的第一外层以及至少一包括生物相容塑性材料的第二内层。

18.根据权利要求17所述的方法，其中应用真空或机械应力的压力形成一流体通道。