CN111867529A - 用于冷却或加热人体部位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于冷却或加热身体部位的系统，所述系统包括：至少一个气囊、泵、热交换器、与所述热交换器和所述至少一个气囊流体连通的第一流体管线、与所述至少一个气囊和所述热交换器流体连通的第二流体管线、主储液器和分离器。所述热交换器与所述泵流体连通。当所述系统运行以冷却或加热所述身体部位时，所述第一流体管线位于所述热交换器的下游，并且所述第二流体管线位于所述至少一个气囊的下游。所述分离器与所述主储液器和所述泵流体连通，并且所述分离器位于所述主储液器下方以在重力的作用下从所述主储液器接收流体并经由重力将流体输送至所述泵。

Description

用于冷却或加热人体部位的系统和方法

背景技术

US 6183501 B1公开了一种具有头部和颈部设备的冷却系统，该冷却系统可以被冷却以减轻对大脑的创伤。头部设备包括面板，每个面板容纳冷却元件以促进冷却。头部设备固定到个体的头部并覆盖该个体的颈动脉，这些颈动脉向大脑供血。US 2012/0288848A1公开了与泵和冷却流体源连接的类似设备。

例如在US 6511502 B2中，已经将泵和冷却流体液体源描述为由从压缩机供应制冷剂的冷却单元包围的储液器。其中已向储水器中放入冰的冰浴也已用作冷却流体源。

发明内容

鉴于前述内容，本发明公开了一种用于冷却或加热身体部位的系统，所述系统包括：至少一个气囊、泵、热交换器、与所述热交换器和所述至少一个气囊流体连通的第一流体管线、与所述至少一个气囊和所述热交换器流体连通的第二流体管线、主储液器和分离器。所述至少一个气囊被配置为放置在身体部位上。所述热交换器与所述泵流体连通。当所述系统运行以冷却或加热所述身体部位时，所述第一流体管线位于所述热交换器的下游，并且所述第二流体管线位于所述至少一个气囊的下游。所述分离器与所述主储液器和所述泵流体连通，并且所述分离器位于所述主储液器下方以在重力的作用下从所述主储液器接收流体并经由重力将流体输送至所述泵。

本发明公开了一种用于将加热或冷却的流体提供给要放置在身体部位上的相关联气囊的单元，所述单元包括：外壳；泵，所述泵定位在所述外壳中；热交换器，所述热交换器定位在所述外壳中；单元出口，所述单元出口与所述热交换器流体连通；单元入口，所述单元入口与所述热交换器流体连通；主储液器，所述主储液器定位在所述外壳中或所述外壳上；以及分离器，所述分离器定位在所述外壳中处于所述主储液器和所述泵之间并且与所述主储液器和所述泵流体连通。所述热交换器与所述泵流体连通。所述单元出口相对于所述热交换器定位以接收已经通过所述热交换器的流体。所述单元入口相对于所述热交换器定位以向所述热交换器提供流体。所述分离器位于所述主储液器下方以在重力的作用下从所述主储液器接收流体。所述分离器还相对于所述泵定位以便在重力的作用下将流体从所述分离器输送至所述泵。所述分离器具有朝向所述分离器顶部的体积空间，以允许气泡朝向所述体积空间迁移以阻止空气进入所述泵。

附图说明

图1是用于冷却或加热身体部位的系统的示意图。

图2是沿着图1所示的系统的单元的示例截取的截面图。

具体实施方式

图1示意性地描绘了用于加热或冷却身体部位的系统10，这些身体部位诸如头部、颈部、膝盖或人体的其他区域，包括内部器官诸如大脑。系统10通常包括至少一个气囊12，该至少一个气囊通过第一流体管线16和第二流体管线18连接到单元14，该单元可以是冷却器单元或加热器单元。当系统10运行以冷却身体部位时，相对较冷的流体从单元14通过第一流体管线16流向气囊12。然后，当使气囊12接近人体部位时，相对较冷的流体变暖。然后，相对较暖的水存在于气囊12中并通过第二流体管线18流向单元14，以再次被冷却以输送回到气囊12。图1中示意性地描绘了第一流体管线16和第二流体管线18并且该第一流体管线和第二流体管线可以包括在单个或多个部分中的柔性塑料管，该柔性塑料管在每个端部处具有配件或连接器以分别与单元14和气囊12连接。

单元14通常包括外壳30、定位在外壳30中的泵32、定位在外壳中的热交换器34、与热交换器34流体连通的单元出口36、同样与热交换器34流体连通的单元入口38、定位在外壳30中或外壳30上的主储液器40、以及定位在外壳30中处于主储液器40和泵32之间并且与主储液器40和泵32流体连通的分离器42。单元22被设计为可以被健康的成年人容易地提起的便携式单元。参考图2，单元14可以设置有手柄44，以使单元14易于携带。

如上所述，外壳30容纳单元14的许多内部部件。在例示的实施方案中，外壳30由耐久的塑料制成；然而，该外壳也可以由其他耐久材料制成。

参考图2，泵32定位在外壳30的下壁50附近。返回参考图1，泵32包括泵入口52和泵出口54。在例示的实施方案中，泵32是离心泵；然而，也可以使用其他类型的泵，诸如容积泵等。泵32通过泵入口52从单元入口38抽吸流体，然后从泵出口54排出流体。

热交换器34与泵32流体连通。在图2中，热交换器34被示意性地描绘为冷却器并且将被描述为诸如冷却系统的一部分；然而，热交换器也可以用作加热器。在例示的实施方案中，当系统10运行以冷却或加热身体部位时，热交换器34定位在泵32的下游。可以在泵32的下游设置阀60。当期望使流体绕过热交换器34时，可以打开阀60。阀60可以设置在阀旁路管线62上，该阀旁路管线在热交换器34的上游与泵32连接，然后重新连接热交换器34的下游。阀60的操作可以由与阀60和温度计66电连通的控制器64控制。可以基于由温度计66提供给控制器64的温度读数来控制阀60的打开和关闭，以便提供期望温度的流体通过单元出口36离开单元14。

在运行中，当要冷却身体部位时，将气囊12放置在要冷却的身体部位上，并且接通单元14，使得电源68向单元14的控制器64和其他内部部件诸如泵32、热交换器34、阀60和温度计66提供电力。泵32泵送流体以便使其离开泵出口54并流向热交换器34。当单元14作为冷却器单元运行时，热量从流体中去除，使得相对较冷的流体离开热交换器34。然后，相对较冷的流体通过单元出口36的途径离开单元14，并通过第一流体管线16流向气囊12。相对较冷的流体流经气囊12，并从气囊12所搁置的身体部位去除热量。然后，相对较暖的水离开气囊12，并流经第二流体管线18回到泵32。在第一流体管线16、气囊12、第二流体管线18内并且在单元入口38和单元出口36之间流经单元14的流体以闭合回路工作，因为该回路通常不通风且不对环境开放。通过气囊12，流体管线16、18以及在单元入口38和单元出口36之间通过单元14的流体的总体积可以被称为回路体积。

单元14还包括位于外壳30的顶壁70附近的主储液器40。主储液器40可以定位在外壳30内或外壳30上。主储液器40的最大主储液器体积是回路体积的至少五倍。通过仅冷却(或加热)在闭合回路中的气囊12中提供期望温度所需的流体体积，即通过冷却或加热回路体积中的流体，操作热交换器34和泵32所需的能量相比于主储液器40中的流体也被冷却或加热所需的能量更少，这使得单元14更经济环保。

主储液器40包括主储液器出口80和主储液器入口82。在例示的实施方案中，主储液器40设置在单元14的外壳30内部；然而，主储液器40也可以设置在外壳30上或与外壳30连接。如上所述，最大主储液器体积远大于回路体积，即，从单元14流向气囊12然后流回单元14的流体体积。最大主储液器体积可以是回路体积的五倍甚至十倍。在例示的实施方案中，主储液器出口管线84与主储液器出口80连接。通风帽86选择性地关闭主储液器入口82。通风帽86可以与外壳30和主储液器40中的至少一者连接，以关闭主储液器入口82。参考图2中例示的实施方案，通风帽86拧到延伸穿过外壳30的顶壁70中的开口的颈部(不可见)上。

如图所示，分离器42与主储液器40和泵32流体连通，并且定位在主储液器40下方以在重力的作用下经由主储液器出口管线84从主储液器40接收流体。如上所述，在例示的实施方案中，泵32是离心泵。众所周知，离心泵难以注水。主储液器40内的流体经由重力供给至分离器42，并且分离器42相对于泵32定位以便在重力的作用下将流体从分离器42输送至泵32。这缓解了泵32的注水问题，因为泵32定位在主储液器40下方，所以主储液器40内的流体的压头迫使流体通过分离器42并进入泵入口52以缓解泵32中的注水问题和气蚀问题。

分离器42具有与主储液器出口管线84连接的分离器入口92。分离器42的最大体积小于最大主储液器体积。如在图2中更清楚地看到的，在例示的实施方案中，分离器42还限定分离器42内部的体积空间94(在图2中被放大)，该体积空间从分离器入口92偏移，以允许气泡向分离器42的顶部迁移而不进入主储液器出口管线84。这降低了气泡通过分离器出口96离开分离器42并进入泵32(这可能导致泵32的注水问题)的可能性，并且还降低了气泡穿过泵32并进入流体管线16、18和气囊12的可能性。继续参考图2，分离器42具有相比于主储液器出口管线84的截面积更大的截面积(垂直于主储液器出口管线84沿其延伸的轴线截取)。这提供了体积空间94，气泡可以在分离器42内在该体积空间中迁移，而不必穿过主储液器出口管线84的更狭窄的截面积。主储液器40的确具有覆盖主储液器入口82的通风帽86，这可以允许空气从主储液器40逸出。然而，在到达通风帽86之前，气泡将必须克服主储液器40内的任何流体的压力，该压力施加在主储液器出口管线84中的任何流体上。

由于小的泄漏或通过气囊12和将气囊12连接到单元14的流体管线16、18的传输损失，流体从单元入口38通过泵32和热交换器34然后通过单元出口36穿过单元14以及流经流体管线16、18和气囊12将不可避免地造成流体损失。该损失的流体被驻留在分离器42中的流体代替，并且在分离器42中损失的流体被驻留在主储液器40内的流体代替。泵32、单元入口38和分离器42被配置并定位在外壳30中，使得泵32首先从单元入口38抽吸流体，并且仅当回路体积中出现流体损失时，泵32才从分离器42抽吸流体。同样，仅通过单元14和气囊12之间的相对闭合的回路的流体被热交换器34冷却或加热，并且主储液器40内的流体通常保持在环境温度附近。

设置传感器100以监视正由泵32汲取的电流。当分离器42不再向泵32提供流体时，由泵32汲取的电流将突增，并且传感器100可以检测到该状态并向控制器64提供电信号，该控制器可以停止向泵32输送电力并向操作员提供主储液器40中需要更多流体的指示。

上文已经具体描述了用于冷却或加热身体部位的系统和在此类系统中使用的单元。在阅读和理解了前述详细描述之后，将对其进行修改和变更。然而，本发明不限于仅上述系统。相反，本发明由所附权利要求书及其等同物广义地限定。同样，本领域技术人员可以随后进行各种目前未曾预见或无法预料的替代、修改、变更或改进，这些替代、修改、变更或改进也旨在由以下权利要求书涵盖。

Claims (19)

1.一种用于冷却或加热身体部位的系统，所述系统包括：

至少一个气囊，所述至少一个气囊被配置为放置在身体部位上；

泵；

热交换器，所述热交换器与所述泵流体连通；

第一流体管线，所述第一流体管线与所述热交换器和所述至少一个气囊流体连通，当所述系统运行以冷却或加热所述身体部位时，所述第一流体管线位于所述热交换器的下游；

第二流体管线，所述第二流体管线与所述至少一个气囊和所述热交换器流体连通，当所述系统运行以冷却或加热所述身体部位时，所述第二流体管线位于所述至少一个气囊的下游；

主储液器；以及

分离器，所述分离器与所述主储液器和所述泵流体连通，所述分离器位于所述主储液器下方以在重力的作用下从所述主储液器接收流体并经由重力将流体输送至所述泵。

2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括主储液器出口管线，所述主储液器出口管线与所述主储液器的出口连接，其中所述分离器具有与所述主储液器出口管线连接的分离器入口并且限定体积空间，所述体积空间用于允许气泡向所述分离器的顶部迁移而不进入所述主储液器出口管线。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述分离器具有相比于所述主储液器出口管线的截面积更大的截面积。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵是离心泵。

5.根据权利要求4所述的系统，所述系统还包括传感器，所述传感器被配置为检测正由所述泵汲取的电流。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述主储液器具有最大主储液器体积，并且在所述至少一个气囊、所述泵、所述第一流体管线、所述第二流体管线和所述热交换器之中循环的流体的总体积是回路体积，其中所述最大主储液器体积是所述回路体积的至少5倍。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述最大主储液器体积是所述回路体积的至少10倍。

8.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括主储液器出口管线，所述主储液器出口管线与所述主储液器的出口连接，其中所述主储液器具有最大主储液器体积，并且所述分离器具有最大分离器体积，所述最大分离器体积小于所述最大主储液器体积。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述泵处于所述热交换器的上游。

10.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括外壳，其中所述泵、所述热交换器、所述主储液器和所述分离器定位在所述外壳中。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述主储液器包括主储液器入口，并且所述系统还包括用于封闭所述主储液器入口的通风帽。

12.根据权利要求1所述的系统，其中在所述至少一个气囊、所述泵、所述第一流体管线、所述第二流体管线和所述热交换器之中循环的流体的总体积是回路体积，

其中所述泵定位在外壳中作为单元的一部分，所述单元具有与所述泵流体连通的单元入口，并且所述泵、所述单元入口和所述分离器被配置并定位在所述外壳中，使得所述泵首先从所述单元入口抽吸流体，并且仅当所述回路体积中出现流体损失时，所述泵才从所述分离器抽吸流体。

13.一种用于将加热或冷却的流体提供给要放置在身体部位上的相关联气囊的单元，所述单元包括：

外壳；

泵，所述泵定位在所述外壳中；

热交换器，所述热交换器定位在所述外壳中并且与所述泵流体连通；

单元出口，所述单元出口与所述热交换器流体连通并且相对于所述热交换器定位以接收已经通过所述热交换器的流体；

单元入口，所述单元入口与所述热交换器流体连通并且相对于所述热交换器定位以向所述热交换器提供流体；

主储液器，所述主储液器定位在所述外壳中或所述外壳上；

分离器，所述分离器定位在所述外壳中处于所述主储液器和所述泵之间并且与所述主储液器和所述泵流体连通，所述分离器位于所述主储液器下方以在重力的作用下从所述主储液器接收流体，所述分离器相对于所述泵定位以便在重力的作用下将流体从所述分离器输送至所述泵。

14.根据权利要求13所述的单元，所述单元还包括主储液器出口管线，所述主储液器出口管线与所述主储液器的出口连接，其中所述分离器具有与所述主储液器出口管线连接的分离器入口并且限定体积空间，所述体积空间用于允许气泡向所述分离器的顶部迁移而不进入所述主储液器出口管线。

15.根据权利要求14所述的单元，其中所述主储液器具有最大主储液器体积，并且所述分离器具有最大分离器体积，所述最大分离器体积小于所述最大主储液器体积。

16.根据权利要求15所述的单元，其中所述分离器具有相比于所述主储液器出口管线的截面积更大的截面积。

17.根据权利要求16所述的单元，所述单元还包括传感器，所述传感器被配置为检测正由所述泵汲取的电流，并且所述泵是离心泵。

18.根据权利要求17所述的单元，其中所述泵处于所述热交换器的上游。

19.根据权利要求18所述的单元，其中所述主储液器包括主储液器入口，并且所述单元还包括用于封闭所述主储液器入口的通风帽。

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