CN113509604A - 一种ecmo专用便携式温控水箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种体积小、重量轻的便携式温控水箱，其包括变温单元，所述变温单元设置位于管路的一段并用于加热或冷却流经的液体，所述变温单元包括加热制冷组件，所述加热制冷组件包括半导体加热制冷单元、制冷水板、制热水板、管路开闭件，所述制冷水板和制热水板以面接触方式分别设置在所述半导体加热制冷单元的两个相背的表面，所述制冷水板和制热水板内分别具有通路；所述加热制冷组件在入水口分为两路入水管道，在出水口包括两路出水管道，两路所述入水管道、两路所述出水管道分别连通至所述制冷水板和制热水板内的通路，并且，两路所述入水管道上分别设有管路开闭件，两路所述出水管道上分别设有管路开闭件。

Description

一种ECMO专用便携式温控水箱

技术领域

本发明属于温度控制技术领域，涉及一种便携式温控水箱的设计，特别是一种体外循环使用的温控水箱。

背景技术

在体外循环中，血液在离心血泵的作用下经插管从人体引流出来，经过体外管道到达氧合器，进行氧气和二氧化碳的交换，然后经回流管道和插管灌注回人体。在此过程中，血液在人体外流动，由于ICU和手术室的环境温度一般远低于人体体温，所以血液在体外流动过程中，温度会降低，这会影响在氧合器进行氧气和二氧化碳的交换效率，所以需要通过温控水箱给氧合器供给合适温度的水，使其与血液进行热量的交换，保证血液在氧和器中维持在预定温度。

但目前市场上的温控水箱具有如下缺点：体积过大，重量过重，噪声过高，不方便在体外循环，尤其是体外膜肺氧合(ECMO)中转运的使用。所以临床上希望温控水箱能够达到尺寸小、重量轻、噪音低的特点，方便在各个场景下的使用。

因此，需要设计一种尺寸小、重量轻、噪音低的温控水箱，满足临床需求。

发明内容

本发明提供一种尺寸小、重量轻、噪音低的便携式温控水箱，能够解决目前温控水箱体积大、重量重、噪音高、不方便转运和日常使用的问题。

本发明的技术方案如下：

一种便携式温控水箱，其包括变温单元、动力循环装置及供液体流通的管路，所述动力循环装置用于形成液体循环，所述管路用于提供液体循环通道，所述变温单元设置位于所述管路的一段并用于加热或冷却流经的液体，其中，所述变温单元包括加热制冷组件，所述加热制冷组件包括半导体加热制冷单元、制冷水板、制热水板、管路开闭件，所述制冷水板和制热水板以面接触方式分别设置在所述半导体加热制冷单元的两个相背的表面，所述制冷水板和制热水板内分别具有通路；所述加热制冷组件在入水口分为两路入水管道，两路所述入水管道分别连通至所述制冷水板和制热水板内的所述通路，所述加热制冷组件在出水口包括两路出水管道，所述两路出水管道分别连通至所述制冷水板和制热水板内的所述通路，两路出水管道在出水口合并为一路，并且，两路所述入水管道上分别设有管路开闭件，两路所述出水管道上分别设有管路开闭件。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，所述制冷水板内的所述通路为直通路或弯曲通路，所述制热水板内的所述通路为直通路或弯曲通路。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，所述弯曲通路为多次弯曲的通路。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，还包括用于储存液体的储液罐，所述储液罐的进水口和出水口分别与所述管路连接。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，还包括管路进水口和管路出水口，用于连接氧合器。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，还包括设置在所述储液罐上的液位传感器、分别设置在所述管路进水口和所述管路出水口附近的若干温度传感器和若干压力传感器、及控制板卡，所述液位传感器、温度传感器、温度传感器分别与所述控制板卡电连接，所述控制板卡接收所述液位传感器、温度传感器、温度传感器测得的参数信息；所述控制板卡还分别与所述半导体加热制冷单元、所述动力循环装置电连接，用于控制所述半导体加热制冷单元加热，及控制所述动力循环装置的运行。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，还包括控制面板，所述控制面板与所述控制板卡电连接，所述控制面板用于显示所述控制板卡接收的所述液位传感器、温度传感器、温度传感器的参数信息，以及输入用户指令并传输至所述控制板卡。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，所述控制板卡还包括安全模块，所述安全模块与所述温度传感器及所述压力传感器电连接，并接收所述温度传感器及所述压力传感器测得的参数信息，当所述参数信息大于设定值时，所述安全模块发出警报信息。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，所述管路开闭件为电磁阀，所述动力循环装置为泵，所述半导体加热制冷单元为半导体加热制冷片。

作为本发明所述的便携式温控水箱的一种优选实施方案，至少一部分所述温度传感器和压力传感器安装在同一个安装结构上，所述安装结构包括传感器固定块，所述传感器固定块的首尾端通过锥形管螺纹分别安装有宝塔接头以连接水管，所述压力传感器直接通过锥形管螺纹安装在所述传感器固定块上，所述温度传感器没过连接件进行安装，所述连接件包括温度传感器安装块、密封圈、温度传感器按压块、温度传感器按压盖，安装时依次安装所述温度传感器安装块、所述密封圈、所述温度传感器、所述温度传感器按压块、所述温度传感器按压盖，其中，所述密封圈用以防水，所述温度传感器按压盖通过螺纹与所述温度传感器安装块连接，通过所述温度传感器按压块将所述温度传感器与所述密封圈压紧，以达到防水的目的。

基于同样的发明构思，本发明还提供一种上述的便携式温控水箱的使用方法，使用所述加热制冷组件、采用以下方法对所述液体进行加热及制冷：

如果液体的当前温度比设置温度低，所述加热制冷组件进入加热模式，此时，位于所述制冷水板两端的所述管路开闭件闭合，位于所述制热水板两端的所述管路开闭件保持打开状态，液体进入所述制热水板的通路，然后从所述出水口流出；在这个过程中，所述半导体加热制冷单元在与所述制热水板接触的端面进行制热；

当液体的温度过高时，位于所述制热水板两端的所述管路开闭件闭合，所述半导体加热制冷单元断电，位于所述制冷水板两端的所述管路开闭件打开，液体进入所述制冷水板的通路，所述制冷水板残余的低温对液体进行降温，然后液体经所述出水口流出，以达到预定的温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的便携式温控水箱，通过采用半导体加热制冷单元并对该半导体加热制冷单元的附属管路进行优化设计，实现了温控水箱尺寸小、重量轻的特点；

2、本发明为了减少体积和重量，大幅减少了冷端的散热片面积，而在冷端设计一路水路和水路通断控制的电磁阀，在设备加热的时候，电磁阀将冷端水路阻断，这时候，水只从热端通过，起到加热作用；需要降温时，电磁阀将冷端水路打开，设备通过控制板卡控制半导体加热制冷单元不再工作，水流过冷端，可以用半导体冷端本身的温度去降温，加快降温的速度。这种独特设计既减少了体积和重量，又加快了降温的速度，满足了临床的需求。

3、为了减少体积和重量，提高热交换效率，本发明还优化了变温单元内部的管路设计，增大热交换面积，提高效率，可以有效减少体积和重量。

4、考虑到温控水箱的应用场景，在ECMO使用的过程中，临床主要需要的是升温，因此本发明采用半导体加热制冷单元，加热控制的效率比较高，噪音很小。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1是本发明一实施例的便携式温控水箱的设备架构框图。

图2a、图2b是本发明实施例的便携式温控水箱的外部结构示意图，其中图2a展示了前部，图2b展示了后部。

图3是本发明实施例的便携式温控水箱的内部结构示意图。

图4是加热制冷组件及其使用示意图。

图5a、图5b是制冷水板和制热水板中水路的两种形式。图5a展示的是一种进/出水口直通的类型，图5b展示的是一种弯曲水路类型。

图6是传感器组件的安装流程图。

附图中标号含义如下：

1—储液罐；2—变温单元；3—水泵及管路；4—控制板卡；5—传感器(包括温度传感器，压力传感器，液位传感器)；6—控制面板；7—进出水口；61—控制按钮；62—触摸屏；71—出水口；72—进水口；81—温控单元上外壳；82—温控单元下外壳；83—温控单元把手；91—电源接口；92—电源按钮；10—USB接口；11—储液罐1的加水口；23—变温单元2的加热制冷组件；231、232、233、234—加热制冷组件管路中的电磁阀；235—制冷水板，236—制热水板，237—加热制冷半导体；31—水泵；52—传感器；93—电源；51—传感器固定块；52—压力传感器；53—温度传感器；54—密封圈； 55温度传感器按压块；56—温度传感器按压盖；57—温度传感器安装块；58 —宝塔接头。

具体实施方式

本发明提供一种尺寸小、重量轻、噪音低的便携式温控水箱。该便携式温控水箱，按照零部件功能通常包括：储液罐、变温单元、水泵及管路、控制板卡、传感器、控制面板、进/出水口、供电单元及外壳等，其中，

储液罐主要负责储存液体，储液罐上设置有液位传感器，通常位于储液罐的底部，可以连续监测储液罐中的液位；

变温单元是温控水箱的主要部分，负责液体温度的升高和降低，本发明对变温单元采用了一种特殊的设计，具体是，采用半导体加热制冷单元如半导体加热制冷片为变温基本模块，并在变温单元中配合特别设计的液体管路及制热/制冷板，增大管路通过变温单元的面积，提高热交换效率，进而减小变温单元的体积，并加快升温或降温的速度；

水泵及管路，水泵主要负责将液体循环起来，从储液罐中将液体引出，然后输送至整个循环管路；管路的主要作用是形成循环通道；

控制板卡，主要负责各传感器的监测与控制、变温单元的控制、水泵的控制以及安全反馈；控制板卡通常也可称为控制模块；

传感器，主要负责采集设备的各参数，包括温度传感器、压力传感器和液位传感器；

控制面板，主要是人机交互界面，负责设备主要参数的显示和温度的设置。控制面板的具体形式可以采用触摸屏加按钮的方式，也可以用其他的显示和控制方式；

进/出水口，主要负责给外部氧合器等此类需要温度供应的单元供水，采用快插式接头；

供电单元，主要负责给设备供电；

外壳，主要负责将内部与外部隔绝，保护用户和设备内部部件的部分。

通常在温控水箱中使用的液体是水，水的作用是作为热量的载体。本领域技术人员也可以在此指导下结合常识选择其他合适的液体。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

请参见图1，其展示了本发明的一种便携式温控水箱的设备架构框图，其中氧合器不属于本发明的便携式温控水箱的一部分，在图1中仅做示意。

图1所示的便携式温控水箱包括储液罐1、变温单元2、水泵及管路3、控制板卡4、传感器5(包括温度传感器，压力传感器，液位传感器)、控制面板6、进/出水口7，其中储液罐1、变温单元2、水泵及管路3、进/出水口 7、氧合器共同构成水路通路，而传感器5(包括温度传感器，压力传感器，液位传感器)、变温单元2、水泵分别与控制板卡4电连接，其中，

传感器5将检测到的参数转变为电信号传输给控制板卡4；

控制板卡4还与控制面板6电连接，用于在控制面板6上显示参数信息，以及接收控制面板6输入的指令；

控制板卡4根据从传感器5接收的参数信息及从控制面板6接收的指令进行变温单元2的加热控制。

在一具体实施方式中，控制面板6为触摸屏。

在图1所展示的便携式温控水箱中，控制板卡4包括控制模块，该控制模块与传感器电连接以接收参数信号，并与变温单元2及水泵电连接、控制它们的运行，同时还与控制面板6连接，向控制面板6输出数据，同时接收控制面板6输入的指令信号；控制板卡4还包括安全模块，该安全模块与管路上的温度传感器和压力传感器电连接，用于在检测到异常时发出警报。

在图1所展示的便携式温控水箱中，变温单元2包括半导体制热片和储热器。

此便携式温控水箱的一个示例性工作流程如下：

先通过控制面板6中的开关机键将设备开启，然后在储液罐1中灌注水，此时控制面板6会显示液位信息，等水灌注到显示为已满的时候，停止灌注；

通过控制面板6的温度设置键设置临床使用温度，设置完成后，将外部氧合器连接到设备上，按控制面板6中的启动/停止键启动设备。此时控制模块4会控制水泵3运行，同时控制变温单元2进行加热；

储液罐1中的水在水泵3的作用下通过变温单元2进行热量交换，从变温单元2中流出的水最终通过出水口进入氧合器，在氧合器内部循环一周后，水从进水口流入储液罐1。

这样就完成一个完整的循环。

储液罐1的水会通过水泵持续循环。

在管路中传感器5会持续的监测设备的运行状况，并将信息上报给控制板卡4的安全模块，在检测到异常时，控制板卡4会产生警告，并将警告信息通过控制面板6显示给用户。

当用户需要暂停使用设备时，通过控制面板6中的启动/停止按键可以暂停设备的使用。

当用户需要关机时，通过长按开关机键可以停止设备。

图2是本实施例的便携式温控水箱的外部结构示意图。在图2中，71为出水口，72为进水口，两者共同组成进出水口7；61是控制按钮，62为触摸屏，两者属于控制面板6的一部分；81为温控单元上外壳，82为温控单元下外壳，两者共同构成外壳；83为温控单元把手，设置在温控单元上外壳81上； 91为电源接口，92为电源按钮，两者是供电单元的一部分；11为储液罐1的加水口；10为USB接口。

图3是本实施例的便携式温控水箱的内部结构示意图。图中，31为水泵； 52为其中一个传感器；23为变温单元2的加热制冷组件；1为储液罐；93为电源；4为控制板卡。

图4是加热制冷组件23的使用示意图。其中，231、232、233、234是管路中的电磁阀，235是制冷水板，236是制热水板，237是半导体加热制冷片，其中半导体加热制冷片237为图1中变温单元2的半导体制热片的一种具体实施结构，制冷水板235、制热水板236为图1中变温单元2的储热器的一种具体实施结构。

在加热制冷组件23中，制冷水板235和制热水板236以面接触方式分别设置在所述半导体加热制冷片237的两个相背的表面，所述制冷水板235和制热水板236内分别具有通路；所述加热制冷组件23在入水口分为两路入水管道，两路所述入水管道分别连通至所述制冷水板235和制热水板236内的所述通路，所述加热制冷组件23在出水口包括两路出水管道，所述两路出水管道分别连通至所述制冷水板235和制热水板236内的所述通路，两路出水管道在出水口处合并为一路。电磁阀231设置于制冷水板235的前端，电磁阀232设置于制冷水板235的后端，电磁阀233设置于制热水板236的前端，电磁阀234设置于制热水板236的后端。

当用户利用控制按钮61将温度设置完成后，如果液体当前温度比设置温度低，设备自动进入加热模式，此时，电磁阀231、232自动闭合，电磁阀233、 234保持打开状态，水通过入水口、电磁阀233进入制热水板236，然后从电磁阀234、出水口流出；在这个过程中，控制板卡4控制半导体加热制冷片 237的电流方向，实现半导体加热制冷片237中与制热水板236接触的端面进行制热。当液体当前温度高于设置温度时，电磁阀233、234自动闭合，控制板卡4控制半导体加热制冷片237断电，电磁阀231、232打自动开，水流经入水口、电磁阀231进入制冷水板235，通过制冷水板235残余的低温进行降温，然后经过电磁阀232、出水口流出，以达到预定的温度。

在制冷水板235和制热水板236中分别设有管路，图5a、图5b展示了制冷水板235和制热水板236中可以采用的管路的两种形式。其中，图5a展示的是一种进/出水口直通的类型，图5b展示的是一种弯曲管路类型，图5b展示的弯曲通路为多次弯曲的通路。图5b的管路相较于图5a的管路，制冷/制热效果因管路路径更长而更好。

图6是传感器的安装流程图，适用于温度传感器及压力传感器，这些温度传感器及压力传感器用于液路中的温度和压力反馈。

如图6所示，本实施例的温控水箱中，温度传感器和压力传感器的安装方式是特别设计的，通过一安装结构同时实现了温度传感器和压力传感器的安装，使温度传感器和压力传感器组成组件，该组件由水流通道和温度传感器、压力传感器组成。其中，安装结构包括传感器固定块51，传感器固定块 51首尾端通过锥形管螺纹分别安装有宝塔接头58，压力传感器52直接通过锥形管螺纹安装在传感器固定块51上，温度传感器53没过连接件进行安装，该连接件包括温度传感器安装块57、密封圈54、温度传感器按压块55、温度传感器按压盖56，安装时依次安装温度传感器安装块57、密封圈54、温度传感器53、温度传感器按压块55、温度传感器按压盖56，其中密封圈54用以防水，温度传感器按压盖56通过螺纹与温度传感器安装块57连接，通过温度传感器按压块55将温度传感器53与密封圈54压紧以达到防水的目的。

本发明的温控水箱具有以下特点：

1、本发明提供的便携式温控水箱，通过采用半导体加热制冷单元并对该半导体加热制冷单元的附属管路进行优化设计，实现了温控水箱尺寸小、重量轻的特点；

2、本发明为了减少体积和重量，大幅减少了冷端的散热片面积，而在冷端设计一路水路和水路通断控制的电磁阀，在设备加热的时候，电磁阀将冷端水路阻断，这时候，水只从热端通过，起到加热作用；需要降温时，电磁阀将冷端水路打开，设备通过控制板卡控制半导体加热制冷单元不再工作，水流过冷端，可以用半导体冷端本身的温度去降温，加快降温的速度。这种独特设计既减少了体积和重量，又加快了降温的速度，满足了临床的需求。

3、为了减少体积和重量，提高热交换效率，本发明还优化了变温单元内部的管路设计，增大热交换面积，提高效率，可以有效减少体积和重量。

4、考虑到温控水箱的应用场景，在ECMO使用的过程中，临床主要需要的是升温，因此本发明采用半导体加热制冷单元，加热控制的效率比较高，噪音很小。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (11)

1.一种便携式温控水箱，其特征在于，包括变温单元、动力循环装置及供液体流通的管路，所述动力循环装置用于形成液体循环，所述管路用于提供液体循环通道，所述变温单元设置位于所述管路的一段并用于加热或冷却流经的液体，其中，所述变温单元包括加热制冷组件，所述加热制冷组件包括半导体加热制冷单元、制冷水板、制热水板、管路开闭件，所述制冷水板和制热水板以面接触方式分别设置在所述半导体加热制冷单元的两个相背的表面，所述制冷水板和制热水板内分别具有通路；所述加热制冷组件在入水口分为两路入水管道，两路所述入水管道分别连通至所述制冷水板和制热水板内的所述通路，所述加热制冷组件在出水口包括两路出水管道，所述两路出水管道分别连通至所述制冷水板和制热水板内的所述通路，两路出水管道在出水口合并为一路，并且，两路所述入水管道上分别设有管路开闭件，两路所述出水管道上分别设有管路开闭件。

2.如权利要求1所述的便携式温控水箱，其特征在于，所述制冷水板内的所述通路为直通路或弯曲通路，所述制热水板内的所述通路为直通路或弯曲通路。

3.如权利要求2所述的便携式温控水箱，其特征在于，所述弯曲通路为多次弯曲的通路。

4.如权利要求1所述的便携式温控水箱，其特征在于，还包括用于储存液体的储液罐，所述储液罐的进水口和出水口分别与所述管路连接。

5.如权利要求4所述的便携式温控水箱，其特征在于，还包括管路进水口和管路出水口，用于连接氧合器。

6.如权利要求5所述的便携式温控水箱，其特征在于，还包括设置在所述储液罐上的液位传感器、分别设置在所述管路进水口和所述管路出水口附近的若干温度传感器和若干压力传感器、及控制板卡，所述液位传感器、温度传感器、温度传感器分别与所述控制板卡电连接，所述控制板卡接收所述液位传感器、温度传感器、温度传感器测得的参数信息；所述控制板卡还分别与所述半导体加热制冷单元、所述动力循环装置电连接，用于控制所述半导体加热制冷单元加热，及控制所述动力循环装置的运行。

7.如权利要求6所述的便携式温控水箱，其特征在于，还包括控制面板，所述控制面板与所述控制板卡电连接，所述控制面板用于显示所述控制板卡接收的所述液位传感器、温度传感器、温度传感器的参数信息，以及输入用户指令并传输至所述控制板卡。

8.如权利要求6所述的便携式温控水箱，其特征在于，所述控制板卡还包括安全模块，所述安全模块与所述温度传感器及所述压力传感器电连接，并接收所述温度传感器及所述压力传感器测得的参数信息，当所述参数信息大于设定值时，所述安全模块发出警报信息。

9.如权利要求6所述的便携式温控水箱，其特征在于，至少一部分所述温度传感器和压力传感器安装在同一个安装结构上，所述安装结构包括传感器固定块，所述传感器固定块的首尾端通过锥形管螺纹分别安装有宝塔接头以连接水管，所述压力传感器直接通过锥形管螺纹安装在所述传感器固定块上，所述温度传感器没过连接件进行安装，所述连接件包括温度传感器安装块、密封圈、温度传感器按压块、温度传感器按压盖，安装时依次安装所述温度传感器安装块、所述密封圈、所述温度传感器、所述温度传感器按压块、所述温度传感器按压盖，其中，所述密封圈用以防水，所述温度传感器按压盖通过螺纹与所述温度传感器安装块连接，通过所述温度传感器按压块将所述温度传感器与所述密封圈压紧。

10.如权利要求1所述的便携式温控水箱，其特征在于，所述管路开闭件为电磁阀，所述动力循环装置为泵，所述半导体加热制冷单元为半导体加热制冷片。

11.一种权利要求1-10中任一所述的便携式温控水箱的使用方法，其特征在于，使用所述加热制冷组件、采用以下方法对所述液体进行加热及制冷：

如果液体的当前温度比设置温度低，所述加热制冷组件进入加热模式，此时，位于所述制冷水板两端的所述管路开闭件闭合，位于所述制热水板两端的所述管路开闭件保持打开状态，液体进入所述制热水板的通路，然后从所述出水口流出；在这个过程中，所述半导体加热制冷单元在与所述制热水板接触的端面进行制热；

当液体的温度过高时，位于所述制热水板两端的所述管路开闭件闭合，所述半导体加热制冷单元断电，位于所述制冷水板两端的所述管路开闭件打开，液体进入所述制冷水板的通路，所述制冷水板残余的低温对液体进行降温，然后液体经所述出水口流出，以达到预定的温度。

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