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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Medizintechnik und insbesondere eine Kühlbandage bzw. ein Kühlpad, insbesondere für Anwendungen in der Human- und Veterinärmedizin, eine korrespondierende Kühlvorrichtung, sowie ein Verfahren zum Betrieb von Kühlpad und Kühlvorrichtung.
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Kühlpads bzw. Kühlbandagen und Kühlvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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In Deutschland verletzen sich jährlich allein etwa 1,5 Millionen Menschen durch Sportunfälle. Zur Erstversorgung bei akuten Verletzungen und zur postoperativen Behandlung wird dabei die Kälteanwendung als wichtigste Maßnahme eingesetzt. Ferner können durch Abkühlung von Extremitäten, z.B. Händen und Füßen, während und nach einer Chemotherapie Schädigungen des Gewebes und der peripheren Nerven vermieden werden.
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Durch die Einwirkung von Kälte auf die Haut und das darunter liegende Bindegewebe kommt es einerseits zu einer Verengung der Blutgefäße (Vasokonstriktion) und einer Herabsetzung der lokalen Durchblutung. Zum anderen wird der Zellstoffwechsel verlangsamt als auch die Aktivität entzündungsfördernder Substanzen gehemmt sowie die Schmerzweiterleitung verzögert. Die Kältetherapie bewirkt somit eine rasche Schmerzlinderung und eine lokale Abschwellung des verletzten Gewebes. Der daraus resultierende schnellere Heilungsprozess verkürzt die Rehabilitationszeit und reduziert die krankheitsbedingten Kosten, die ggf. durch einen Arbeitsausfall und einen stationären Krankenhausaufenthalt entstehen.
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Derzeit werden zur Kältetherapie vorwiegend kalte Wickel, Eisbeutel, vorgekühlte, gelhaltige Cool-Packs, Kältekompressen (Kühlung aufgrund endothermer chemischer Reaktion) oder auch Eis-/Kältespray eingesetzt.
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Ein Nachteil dieser Lösungen besteht jedoch darin, dass sie bei nicht fachgerechter Anwendung häufig zu stark kühlen und somit Kälteschäden bis hin zu lokalen Erfrierungen im Gewebe verursachen. Kälteschäden haben mitunter den gegenteiligen Effekt, dass die Heilung verzögert statt gefördert wird.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Anwendung zur langfristigen Nachsorge von Verletzungen im Alltag sehr aufwendig ist, da sich die Kühlprodukte schon nach kurzer Zeit erwärmen und wieder erneuert werden müssen. Eine sichere, langanhaltende und gleichbleibende, angemessene moderate kühlende Wirkung gelingt oftmals nicht.
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Aus der
US 4 962 761 A ist ein verbessertes Kühlsystem mit kontrollierter Temperaturregelung bekannt. Das System umfasst eine Fluidzirkulations- und Temperaturregeleinrichtung, an welche wahlweise unterschiedliche Kühlpads angeschlossen werden können. Es können also je nach Anwendungsfall unterschiedliche Kühlpads an den Kühlmittekreislauf angeschlossen werden. Aus der US 2004 / 0 249 427 A1 ist eine weitere entsprechende medizinische Kühlvorrichtung bekannt, an welche je nach Anwendungsfall unterschiedliche Kühlpads angeschlossen werden können.
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Ein Nachteil dieser Lösung besteht jedoch darin, dass die Handhabung aufwändig ist. Bei nicht fachgerechter Handhabung kann es insbesondere bei der Befüllung mit Kühlmittel durch den Nutzer oder beim Anschluss an den Kühlmittelkreislauf zu einem Auslaufen des Kühlmittels kommen.
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Aus der
EP 0 039 443 A1 ist eine Vorrichtung zur Kühlung von Körperstellen oder Körperteilen im Rahmen therapeutischer oder diagnostischer Maßnahmen bekannt. Die Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer von einem Wärmetransportmedium durchflossenen Auflage oder Bandage, einem Kühlaggregat und aus Mess- und Regelungseinrichtungen zur Steuerung des Wärmetransportes. Die Verbindung der Bandage mit dem Versorgungsgerät bzw. Kühlaggregat erfolgt über Schläuche und beidseitig verschließbaren Flüssigkeitskupplungen. Indem die Verbindung zu den Schläuchen der Bandage durch selbstverriegelnde Flüssigkeitskupplungen erfolgt, ist die Gefahr des Auslaufens reduziert. Mit anderen Worten ist eine Art Rückschlagventil bei der Kühlmittelübergabe vorgesehen.
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Ein anderer Ansatz ist in der
DE 42 19 392 A1 offenbart. Darin wird eine orthopädische Stützbandage für die Unterstützung von Heilprozessen im Bereich von Gelenken mit steifen, das Gelenk entlastenden Stützeinlagen beschrieben. Auf eine Kühlflüssigkeit bzw. Wärmetransportmedium wird vollständig verzichtet. Stattdessen werden temperaturgeregelte elektrische Heiz- und/oder Kühlelemente vorgeschlagen, welche direkt an der Innenseite der Stützbandage angeordnet sind, insbesondere Widerstands-Heizfolien und/oder Peltierelemente. Ein Nachteil von Peltierelementen besteht jedoch darin, dass Peltierelemente mechanisch nicht flexibel sind und daher nicht ohne weiteres unmittelbar in einer an die Körperform angepassten Orthese einsetzbar sind. Es kann mit großem Aufwand verbunden sein, bei zielgerichteter Kühlung eine angenehme Trageposition zu finden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Kühlpad und die Kühlvorrichtung derart weiterzubilden, dass die Handhabung verbessert wird. Insbesondere wäre es wünschenswert eine verbesserte Kombination aus Kühlpad und Kühlvorrichtung bereitzustellen, welche Nachteile der vorstehend genannten Kühleinrichtungen ausräumen und deren Vorteile miteinander verbinden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein (fluidgefülltes) Kühlpad insbesondere für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen bereitgestellt mit
- - einem ersten Wärmetauscher;
- - einem zweiten Wärmetauscher,
- - einem Wärmetransportfluid;
- - einem Leitungssystem; und
- - einer integrierten Pumpeinrichtung (Umwälzpumpe) für das Wärmetransportfluid;
wobei der erste Wärmetauscher und der zweite Wärmetauscher von dem Wärmetransportfluid durchflossen sind; wobei das Leitungssystem den ersten Wärmetauscher fluidisch mit dem zweiten Wärmetauscher verbindet;
wobei die Pumpeinrichtung dazu eingerichtet ist einen Austausch des Wärmetransportfluid zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher zu bewirken;
wobei das Kühlpad einen hermetisch abgeschlossenen Fluidkreislauf für das Wärmetransportfluid aufweist, wobei der Fluidkreislauf den ersten Wärmetauscher, den zweiten Wärmetauscher, das Leitungssystem und die Pumpeinrichtung aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine korrespondierende Kühlvorrichtung insbesondere für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen vorgeschlagen mit
- - einer Aufnahme eingerichtet zur Aufnahme eines Wärmetauschers eines (vorstehend beschriebenen) Kühlpads;
- - einer Kühleinrichtung, insbesondere mit einem thermoelektrischen Kühlelement wie einem Peltierelement; wobei die Kühleinrichtung dazu eingerichtet ist, dem Wärmetauscher des Kühlpads Wärme zuzuführen oder von diesem abzuführen, wenn sich der Wärmetauscher des Kühlpads in der Aufnahme befindet. Die Kühlvorrichtung kann ferner eine Antriebseinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine in dem Kühlpad integrierte Pumpeinrichtung anzutreiben.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Kühlsystem mit einem vorstehend genannten Kühlpad und einer vorstehend genannten korrespondierenden Kühlvorrichtung vorgeschlagen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kühlpads und einer Kühlvorrichtung vorgeschlagen, das Verfahren mit den Schritten:
- - Bereitstellen des vorstehend genannten Kühlpads und der korrespondierenden Kühlvorrichtung.
- - Einlegen des zweiten Wärmetauschers des Kühlpads in eine Aufnahme der Kühlvorrichtung;
- - Applikation des ersten Wärmetauschers des Kühlpads an einer zu kühlenden Stelle;
- - Starten des Kühlvorgangs mit der Kühlvorrichtung.
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Es versteht sich, dass die Kühlvorrichtung, das Kühlsystem und Verfahren ähnliche oder identische korrespondierende Weiterbildungen aufweisen können, wie nachfolgend im Detail für das erfindungsgemäße Kühlpad beschrieben.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten, fluidbasierten Lösungen kommt es zu einem Flüssigkeitsaustausch zwischen einer Kühlvorrichtung und einem Kühlpad. Die Handhabung von derartigen „nassen“ Kühlsystemen ist jedoch problematisch. Insbesondere bei ungeübtem Personal kann es zu einem Auslaufen der Kühlflüssigkeit kommen.
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Demgegenüber weist das von den Erfindern vorgeschlagene Kühlpad selbst einen hermetisch abgeschlossenen Fluidkreislauf auf. Statt einer Fluidschnittstelle zu einer externen Versorgungseinrichtung ist ein zweiter Wärmetauscher vorgesehen. Über den zweiten Wärmetauscher kann vom ersten Wärmetauscher aufgenommene Wärme wiederum an eine Kühlvorrichtung abgegeben werden kann. Folgerichtig muss auch die vorgeschlagene Kühlvorrichtung keine Fluidschnittstelle aufweisen. Stattdessen ist eine Aufnahme für den zweiten Wärmetauscher vorgesehen. Die Kühleinrichtung der Kühlvorrichtung ist entsprechend dazu eingerichtet, Wärme von dem aufgenommenen Wärmetauscher des vorgeschlagenen Kühlpads abzuführen, wenn sich dieser in der Aufnahme befindet. Es kommt somit zu dem gewünschten Wärmeaustausch, jedoch ohne dass ein Benutzer Manipulationen am Fluidkreislauf vorzunehmen hat. Eine Übergabe von Kühlflüssigkeit bzw. eines Wärmetransportfluids zwischen dem Kühlpad und der Kühlvorrichtung ist mithin nicht erforderlich.
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Es wird somit vorzugsweise ein vollintegriertes, geschlossenes, fluidgefülltes, Kühlpad bereitgestellt. Der Fluidkreislauf ist vollständig abgeschlossen im Kühlpad selbst enthalten. Ein Vorteil eines vorbefüllten Kühlpads mit hermetisch geschlossenem Fluidkreislauf besteht in der einfachen, unkomplizierten Handhabung. Es ist nicht erforderlich, dass der Nutzer mit Kühlmittel hantiert. Insbesondere weist das vorgeschlagene Kühlpad keine anwenderseitig zu bedienende Fluidschnittstelle auf. Ein Auslaufen von Kühlflüssigkeit bei nicht fachgerechter Handhabung kann somit vermieden werden. Dies ist bei konventionellen fluidbasierten Kühlpads beim Anschluss an den Kühlmittelkreislauf problematisch. Um ein Auslaufen zu verhindern werden im Stand der Technik allenfalls Rückschlagventile vorgeschlagen. Dies ist jedoch mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden.
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Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung gegenüber konventionellen fluidbasierten Kühlsystemen kann ferner darin bestehen, dass die Hygiene verbessert werden kann. Indem ein das vorgeschlagene Kühlpad vorbefüllt sein kann, ist es nicht erforderlich, dass der Nutzer in Patientennähe, ggf. im Bereich einer offenen Wunde, mit einem Kühlmittel hantiert. Ferner kann dank des abgeschlossenen Fluidkreislaufs die Gefahr einer Kreuzkontamination verschiedener Patienten vermieden werden, welche beispielsweise nacheinander die gleiche Kühlvorrichtung nutzen.
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Entsprechend besteht ein Vorteil der vorgeschlagenen Kühlvorrichtung darin, dass die Kühlvorrichtung lediglich den Wärmetauscher aufnimmt aber kein direkter Fluidkontakt erfolgt.
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Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung kann in der einfachen und schnellen Austauschbarkeit der Kühlpads bestehen. Neben der Qualität kann somit auch die Effizienz der Patientenversorgung gesteigert werden.
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Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass durch ein optimiertes, vorzugsweise sehr geringes Fluidvolumen eine geringe thermische Trägheit erreicht werden kann. Dies ermöglicht eine schnelle Abkühlung und, wegen der geringen Wärmekapazität, eine geringe Leistungsaufnahme. Folgerichtig ist ein kleineres, leichteres System mit verbesserter Mobilität möglich. Durch die räumliche Trennung von Kühlvorrichtung und Kühlpad erfolgt vorzugsweise kein Rückfluss von Wärme und eine unerwünschte Aufwärmung des Gewebes kann vermieden werden.
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Ein Vorteil gegenüber der oben genannten
DE 42 19 392 A1 , bei welcher ein elektrisches Heiz- und/oder Kühlelement direkt an der Innenseite einer Bandage angeordnet ist (ohne Fluidkreislauf), besteht darin, dass der erste und der zweite Wärmetauscher beabstandet voneinander angeordnet sein können. Somit kann Wärme von der zu kühlenden Körperstelle abtransportiert werden. Die
DE 42 19 392 Alzeigt, im Falle des Betriebs als Kühlbandage, hingegen keine Lösung zur Problematik der Wärmeabfuhr auf. Bei Verwendung eines Peltierelements müsste die Summe aus vom Gewebe abgeführter Wärmeleistung und zugeführter elektrischer Leistung über einen wie auch immer gearteten Kühlkörper an die Umgebung abgeführt werden. Somit ist der Einsatz insbesondere unter Kleidung oder unter einer bestehenden Orthese beschränkt möglich. Folgerichtig dürfte die in der
DE 42 19 392 A1 gezeigte Lösung tatsächlich lediglich als Wärmebandage brauchbar sein.
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Gegenüber konventionellen vorgekühlten Gel-Packs kann ein Vorteil darin bestehen, dass keine bestehende Kühlinfrastruktur, wie z.B. Kühl- oder Gefrierschränke, erforderlich ist. Insbesondere kann die vorgeschlagene Kühlvorrichtung einen Energiespeicher, wie eine Batterie oder einen Akkumulator aufweisen und daher auch abseits von einer bestehenden Kühlinfrastruktur betrieben werden.
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Unter dem Begriff Kühlen oder Kältebehandlung kann im Rahmen dieser Offenbarung allgemein eine Wärmebehandlung bzw. das Herbeiführen einer Temperaturänderung verstanden werden. Dies kann sowohl dass Zuführen als auch das Abführen von Wärme umfassen. Folgerichtig kann ein Kühlpad neben dem Kühlen auch zum Wärmen eingesetzt werden. Entsprechendes gilt für eine Kühlvorrichtung, Kühlsystem oder Verfahren. Zum besseren Verständnis wird im Rahmen dieser Offenbarung verkürzt, jedoch ohne Beschränkung, von Kühlen gesprochen.
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Unter einer Pumpeinrichtung kann eine Umwälzpumpe für das Wärmetransportfluid verstanden werden. Die Antriebseinheit der Pumpeinrichtung kann als separates Element verstanden werden, welches vorzugsweise Bestandteil der mit dem Kühlpad zusammenwirkenden Kühlvorrichtung ist.
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Vorzugsweise kann der erste oder zweite Wärmetauscher einen Wärmeaufnahmebereich zur Aufnahme von Wärme und der jeweils andere Wärmetauscher einen Wärmeabgabebereich zur Abgabe von Wärme aufweisen. Das Kühlpad mit seinem hermetisch abgeschlossenen Fluidkreislauf für das Wärmetransportfluid ist zur Übertragung von Wärme zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher eingerichtet. Das Leitungssystem dient dem Wärmetransport zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmetauscher, und somit dem Wärmetransport zwischen der zu kühlenden Körperregion und der Kühlvorrichtung. Beispielsweise nimmt der erste Wärmetauscher Wärme auf, die Wärme wird mittels Pumpeinrichtung und Leitungssystem zum zweiten Wärmetauscher transportiert und dort abgegeben z.B. an eine Kühlvorrichtung. Das vorgeschlagene Kühlpad ist somit ein Zwischenstück zwischen der zu kühlenden Körperregion und einer beabstandet angeordneten Kühlvorrichtung ohne jedoch fluidisch an diese angeschlossen werden zu müssen.
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Vorzugsweise kann das Leitungssystem des Kühlpads einen Vorlauf und einen Rücklauf aufweisen, wobei der Vorlauf einen Eingang des ersten Wärmetauschers und einen Ausgang des zweiten Wärmetauschers fluidisch miteinander verbindet; und wobei der Rücklauf einen Ausgang des ersten Wärmetauschers und einen Eingang des zweiten Wärmetauschers fluidisch miteinander verbindet. Vorzugsweise kann somit eine kontinuierliche Zirkulation ermöglicht werden.
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Vorzugweise kann die Pumpeinrichtung dazu ausgebildet sein, durchführungsfrei von einer externen Antriebseinrichtung angetrieben zu werden. Mit anderen Worten weist die Pumpeinrichtung vorzugsweise keine zusätzliche Öffnung für die Antriebseinrichtung auf. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit eines Austritts des Wärmetransportfluids vermindert werden. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das Kühlpad mit seinem hermetisch geschlossenen Fluidkreislauf nochmals besser von der Außenwelt abgeschlossen ist. Vorzugsweise weist die Pumpeinrichtung keine mechanische, elektrische und/oder fluidische Durchführung auf. Beispielsweise ist keine mechanische Durchführung für eine Antriebsachse der Pumpeinrichtung vorgesehen.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Pumpeinrichtung magnetisch an eine externe Antriebseinrichtung ankoppelbar sein. Insbesondere kann die Pumpeinrichtung eine magnetisch gekoppelte Zahnradpumpe sein. Die Kraftübertragung kann somit ohne Durchführung magnetisch erfolgen. Vorteile dieser Ausgestaltung können eine hohe energetische Effizienz und erhöhte Sicherheit sein. Eine direkte Verbindung zum Antrieb bzw. Kontakt zu beweglichen Teilen der Pumpeinrichtung ist nicht erforderlich. Es versteht sich, dass auch andere Pumpentypen, wie beispielsweise eine Kreiselpumpe oder Drehkolbenpumpe, zum Einsatz kommen können.
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Alternativ kann die Pumpeinrichtung eine peristaltische Pumpe sein. Eine Antriebseinheit kann peristaltisch von extern auf die Pumpeinrichtung einwirken und somit einen Austausch des Wärmetransportfluid zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher bewirken. Peristaltische Pumpen beruhen auf dem Prinzip der Verdrängung durch streckenweises Quetschen, hier beispielsweise Quetschen des Leitungssystems oder des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers bzw. einer im Kühlpad enthaltenen Leitung. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann in einer sehr kostengünstigen und weiterhin durchführungsfreien Ausführung bestehen.
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Alternativ kann die Pumpeinrichtung eine Membranpumpe aufweisen. Eine Membranpumpe kann eine mit einer Membran abgedeckte Kammer sowie einen Einlass und einen Auslass aufweisen. Ein- und Auslass können durch Rückschlagventile derart abgeschlossen sein, dass bei Bewegung der Membran (z.B. auf und ab Bewegung) ein Fluidtransport vom Einlass zum Auslass erfolgt.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Teil des ersten Wärmetauschers mechanisch flexibel. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass das Kühlpad flexibel an eine Form eines zu kühlenden Bereichs, beispielsweise eine Körperform oder eine Aufnahme innerhalb einer Orthese, anpassbar ist. Als weiterer Vorteil kann das gleiche Kühlpad in unterschiedlichen Anwendungsszenarien eingesetzt werden, sodass die Lagerhaltung reduziert werden kann.
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Vorzugsweise kann der erste Wärmetauscher an ein zu kühlendes Körperteil angepasst sein. Die Anpassung kann auf vielfältige Art und Weise erfolgen, insbesondere hinsichtlich der Form, der Länge des Leitungssystems und/oder angepasst an eine erforderliche Wärmetransportleistung. Ferner kann beispielsweise eine Bauhöhe derart angepasst sein, dass der erste Wärmetauscher in eine bestehende Orthese integrierbar ist oder unter dieser getragen werden kann.
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Vorzugsweise kann das Kühlpad eine diffusionshemmende Beschichtung aufweisen. Die Beschichtung kann vorzugsweise eine Diffusion des Wärmetransportfluids hemmen bzw. reduzieren. Beispielsweise ist die Beschichtung wasserdampfdicht. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Lagerfähigkeit von vorbefüllten Kühlpads verbessert werden kann. Beispielsweise weist die Beschichtung wenigstens eines von einer (dünnen) Metallschicht, einer Siliziumoxidschicht oder Multischichten aus Metall- bzw. anorganischen dünnen Schichten auf.
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Vorzugsweise kann das Kühlpad ferner ein Fluidreservoir eingerichtet zum Ausgleich von Fluidverlusten des Wärmetransportfluids aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die Funktionsfähigkeit auch bei längerer Lagerdauer sichergestellt werden kann. Das Reservoir kann optional als Überdruckreservoir ausgebildet sein. Optional kann das Reservoir derart ausgebildet sein, dass es bei bestimmungsgemäßem Einsatz in einer Kühlvorrichtung mit Druck beaufschlagt wird, beispielsweise durch einen entsprechenden Federmechanismus der Kühlvorrichtung. Vorzugsweise kann das Reservoir thermisch abgekoppelt sein. Zum Beispiel kann das Reservoir über ein T-Stück in den Fluidkreislauf eingebunden sein. Vorzugsweise ist das Reservoir derart ausgebildet, dass ein Druckverlust ausgeglichen werden kann, trägt aber nicht unmittelbar zur vorzugsweise gering zu haltendenden Wärmekapazität des Fluidkreislaufs bei.
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Vorzugsweise kann der erste und/oder zweite Wärmetauscher bifilar angeordnete Kühlschleifen bzw. bifilar angeordnete Wärmetransportfluid führende Wärmetauscherkanäle aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass eine gleichmäßigere Temperaturverteilung auf der Haut erreicht werden kann. Die Kühlschleifen können beispielsweise mäanderförmig angeordnet sein. Es können stets zumindest zwei benachbarte Kühlschleifen im Mittel den gleichen Abstand von einem Übergang des ersten Wärmetauschers zum Leitungssystem aufweisen.
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Vorzugsweise können Wärmetransportfluid führende Fluidkanäle in wenigstens einem von dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher einen halbkreisförmigen Kanalquerschnitt aufweisen. Die Fluidkanäle können derart angeordnet sein, dass die abgeflachte Seite des halbkreisförmigen Kanalquerschnitts einer Seite des ersten und/oder zweiten Wärmetauschers zugewandt sind, über welche Wärme aufgenommen bzw. abgegeben werden soll. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass eine möglichst große Kontaktfläche zum Körper bei gleichzeitig minimalem/geringem Flusswiderstand und/oder minimalem/geringem Gesamtvolumen des Wärmetransportfluids erreicht werden kann.
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Vorzugsweise kann der erste Wärmetauscher eine Dicke zwischen 1 mm und 10 mm, vorzugsweise zwischen 2 mm und 8 mm, vorzugsweise zwischen 4 mm und 6 mm aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann darin bestehen, dass die Anordnung unter einer bestehenden Orthese möglich ist.
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Vorzugsweise kann der erste Wärmetauscher eine Wärmetauscheroberfläche und innerhalb des Wärmetauschers liegende Kühlschleifen aufweisen, wobei die Kühlschleifen bzw. das Wärmetransportfluid durch eine dünne, wärmeleitfähige und fluiddichte Membran von der Wärmetauscheroberfläche getrennt sind. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann in einem effizienten Wärmeübergang zwischen einer zu kühlenden Stelle und dem Kühlpad bestehen. Vorzugsweise weist die Membran eine Dicke von nicht mehr als 250 µm, vorzugsweise von nicht mehr als 100 µm auf.
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Vorzugsweise kann das Kühlpad zumindest abschnittsweise eine biokompatible, wärmeleitfähige, insbesondere möglichst dünne, offenporige Gewebeschicht aufweist, insbesondere im Bereich einer Oberfläche des ersten Wärmetauschers. Somit können der Tragekomfort auch bei unmittelbarem Hautkontakt verbessert und Hautirritationen vermieden werden, bei gleichzeitig hoher mechanischer Stabilität durch die Gewebeschicht.
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Vorzugsweise können Fluidkanäle in wenigstens einem von dem ersten Wärmetauscher, dem zweiten Wärmetauscher und dem Leitungssystem einen Durchmesser zwischen 2 mm und 3 mm aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass gute Wärmetransporteigenschaften, geringe Dicke des Kühlpads und ein nicht zu hoher Fluidwiderstand vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
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Vorzugsweise kann das Leitungssystem zwischen dem ersten Wärmetauscher und dem zweiten Wärmetauscher eine Länge zwischen 2 cm und 300 cm, vorzugsweise zwischen 5 cm und 100 cm, vorzugsweise zwischen 10 cm oder 20 cm und 50 cm aufweisen. Vorteile dieser Ausgestaltung können in einer guten Positionierbarkeit des ersten und zweiten Wärmetauschers beabstandet voneinander besehen, wobei gleichzeitig das Fluidvolumen im Fluidkreislauf weiterhin gering gehalten wird.
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Vorzugsweise kann der Fluidkreislauf ein Fluidvolumen zwischen 5 ml und 100 ml, vorzugsweise zwischen 10 ml und 60 ml, vorzugsweise zwischen 15 ml und 40 ml, vorzugsweise zwischen 20 ml und 30 ml, aufweisen. Ein Vorteil dieser Lösung besteht in einer schnellen Kühlwirkung. Indem die Wärmekapazität des Wärmetransportfluids im Fluidkreislauf gering ist, ermöglicht das System eine verbesserte Wärmeübertragung, sodass eine hohe Abkühlgeschwindigkeit z.B. Abkühlraten von ca. 5-10 K/min ermöglicht werden können. Ein schnelles Ansprechverhalten ist damit gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein effizienter Akkubetrieb der Kühlvorrichtung ermöglicht wird, da eine geringere Kühlleistung erforderlich ist. Ferner können der Behandlungs- und Tragekomfort verbessert werden. Insbesondere kann sich ein vermindertes Gewicht an der Behandlungsposition ergeben. Optional kann der Fluidkreislauf ein Fluidvolumen von 0,01 - 0,2 ml pro cm2 Kühl- bzw. Wärmetauscherfläche + ggf. Offset von 10 - 50 ml für das Fluidvolumen der Zuleitung aufweisen.
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Vorzugsweise kann das Wärmetransportfluid Wasser und/oder Ethylenglykol aufweisen. Vorteilhaft kommt ein Kühlmittel mit hoher Wärmekapazität zum Einsatz, da somit nur ein geringes Flüssigkeitsvolumen bzw. eine geringe Flussrate erforderlich sind, um effektiv eine ausreichende Wärmemenge abzuführen. Als Wärmetransportmedium bzw. Kühlmittel kann beispielsweise Wasser, Wasser/Ethylenglykol oder ähnliches eingesetzt werden. Da der Fluidkreislauf hermetisch abgeschlossen ist, können vielfältige Kühlmittel zum Einsatz kommen. Da auch bei unsachgemäßer Handhabung nicht zu befürchten ist, dass das Kühlmittel mit dem Patienten oder gar einer zu schützenden offenen Wunde in Kontakt kommt, wird die Patientensicherheit erhöht. Ferner können kostengünstige Kühlmittel zum Einsatz kommen.
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Vorzugsweise kann das Kühlpad eingerichtet sein für einen Wärmefluss zwischen 15 mW und 100 mW, vorzugsweise zwischen 15 mW und 80 mW, vorzugsweise zwischen 25 mW bis 65 mW pro Quadratzentimeter Fläche des ersten Wärmetauschers. Die Erfinder haben erkannt, dass derartige Wärmeflüsse eine besonders vorteilhafte Kühlwirkung ermöglichen. Die Messung einer temperaturabhängigen Wärmeflussmenge ist beschrieben in Link G., Stelzle, M. „Measurement of temperature dependent heat flow rate from human limbs towards thermoelectronic coolding device“, Med. Devices Diagn. Eng., Vol. 2(1): 72-74; 2017.
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Vorzugsweise können der erste Wärmetauscher und das Leitungssystem einen gemeinsamen Schichtaufbau aufweisen. Insbesondere können der erste Wärmetauscher, das Leitungssystem und auch der zweite Wärmetauscher einen gemeinsamen Schichtaufbau aufweisen. Der gemeinsame Schichtaufbau kann folgendes aufweisen:
- - eine obere Deckschicht,
- - eine untere Deckschicht, und
- - eine Zwischenschicht, insbesondere einer Schaumstoffschicht, welche zwischen der oberen Deckschicht und der unteren Deckschicht angeordnet ist; und wobei Fluidkanäle des ersten Wärmetauschers und des Leitungssystems, sowie vorzugsweise des zweiten Wärmetauschers, in der Zwischenschicht angeordnet sind. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann in einer kostengünstigen Herstellung liegen. Insbesondere kann das Kühlpad einschließlich Leitungssystem und Wärmetauschern mittels Laminiertechnik bzw. Folientechnik hergestellt werden. Dank des hermetisch geschlossenen Fluidkreislaufs ist es nicht erforderlich z.B. Fluidkupplungen mit Rückschlagventilen vorzusehen, welche eine aufwändige Herstellung zur Folge haben.
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Optional kann ein Kühlpad für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen bereitgestellt werden mit einem ersten Wärmetauscher und einem Leitungssystem, insbesondere zum Anschluss des ersten Wärmetauschers an eine Kühlvorrichtung, wobei der erste Wärmetauscher und das Leitungssystem einen gemeinsamen Schichtaufbau aufweisen mit einer oberen Deckschicht, einer unteren Deckschicht, und einer Zwischenschicht, insbesondere Schaumstoffschicht, welche zwischen der oberen Deckschicht und der unteren Deckschicht angeordnet ist; und wobei Fluidkanäle des ersten Wärmetauschers und des Leitungssystems in der Zwischenschicht angeordnet sind. In diesem Fall handelt es sich bei dem zweiten Wärmetauscher, dem Wärmetransportfluid und der integrierten Pumpeinrichtung um optionale Merkmale die vorgesehen sein können jedoch nicht vorgesehen sein müssen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung kann in einer kostengünstigen Herstellung des Kühlpads liegen. Ein derartiges Kühlpad kann entsprechend den weiteren Merkmalen dieser Offenbarung weitergebildet sein. Insbesondere können der erste Wärmetauscher, das Leitungssystem und auch der zweite Wärmetauscher einen gemeinsamen Schichtaufbau aufweisen.
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In einer Weiterbildung kann ferner die integrierte Pumpeinrichtung zwischen der (gemeinsamen) oberen Deckschicht und der (gemeinsamen) unteren Deckschicht angeordnet sein. Dadurch kann die Herstellung nochmals vereinfacht werden. Insbesondere kann eine Dichtigkeit des Gesamtsystems durch eine umgebende Beschichtung sichergestellt werden, sodass Schnittstellen zwischen Wärmetauschern, Leitungssystem und/oder Pumpeinrichtung einfach und kostengünstig herstellbar sind.
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Vorzugseise kann die Kühlvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt ferner einen Temperatursensor und einen Regler aufweisen; wobei der Temperatursensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur eines in die Aufnahme eingelegten Kühlpads zu erfassen und wobei der Regler dazu eingerichtet ist, die Antriebseinrichtung und/oder das Kühlelement in Abhängigkeit von (einem Sollwert und von) einer von dem Temperatursensor erfassten Temperatur anzusteuern. Vorzugsweise kann eine Regelung in Abhängigkeit von einer eingestellten Solltemperatur und/oder einer am Kühlpad gemessenen Vor- und/oder Rücklauftemperatur erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlpad selbst einen oder mehrere Temperatursensoren aufweisen und der Regler dazu eingerichtet sein, die Antriebseinheit und/oder das Kühlelement in Abhängigkeit von diesen Messwerten anzusteuern. Optional kann die Kühlvorrichtung eine Kühleinrichtung mit einem Peltierelement aufweisen. Optional kann die Temperatur des Peltierelements gemessen und bei der Regelung berücksichtigt werden. Optional kann die Kühleinrichtung ferner einen Ventilator aufweisen, welcher basierend auf der Temperatur des Peltierelements angesteuert werden kann.
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Vorzugsweise kann der Regler dazu eingerichtet sein, eine Solltemperatur zwischen 15 und 25°C einzuregeln. Optional kann der Regler dazu eingerichtet sein einen vorgegebenen Temperaturverlauf einzuregeln. Beispielsweise kann der Regler dazu eingerichtet sein, eine Abkühlung um 10 bis 20 K mit einer Kühldauer von 10 bis 15 min zu bewirken und in den ersten 1 bis 5 Tagen nach einer Verletzung bzw. Operation mehrmals täglich anzuwenden.
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Optional können das Kühlpad und/oder die Kühlvorrichtung eine Telemonitoringeinrichtung und/oder eine Fernsteuereinrichtung aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltungen besteht darin, dass die Kälteanwendung überwacht und bei Bedarf angepasst werden kann.
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Vorzugsweise kann die Kühlvorrichtung ferner eine Überwachungseinrichtung aufweisen. Die Überwachungseinrichtung kann dazu eingerichtet seine, eine (Rotations-) Geschwindigkeit der Antriebseinrichtung mit einer Leistungsaufnahme der Antriebseinrichtung abzugleichen. Optional kann bei einer Abweichung eine Fehlermeldung ausgeben werden. Zum Beispiel fällt die Leistungsaufnahme ab, wenn die Pumpe leerläuft, beispielsweise wenn das Kühlpad undicht oder nicht ausreichend gefüllt sein sollte oder wenn die Antriebseinheit die Pumpe nicht antreibt, weil das Kühlpad beispielsweise nicht oder nicht richtig eingelegt ist. Optional kann die Überwachungseinrichtung daher alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, eine Kopplungsprüfung der Pumpeinrichtung mit der Antriebseinrichtung vorzunehmen. Optional kann eine optische oder magnetische Drehzahlerfassung der Pumpeinrichtung zur Flussratenmessung und/oder Regelung vorgesehen sein.
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Vorzugsweise kann die Überwachungseinrichtung dazu eingerichtet sein Luftblasen im Kühlpad zu detektieren. Hierfür kann die Überwachungseinrichtung als optische, kapazitive und/oder akustische Messeinrichtungen ausgebildet sein. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Erfassung von Undichtigkeiten und/oder Unterbefüllung verbessert werden kann. Eine Überwachungseinrichtung kann die Pumpeinrichtung vor Leerlauf schützen und/oder für eine geregelte Nutzung des oben erwähnten Fluidreservoirs genutzt werden.
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Vorzugsweise kann die Kühlvorrichtung einen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie oder einen Akkumulator aufweisen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Kühlung unabhängig von einer Kühlinfrastruktur erfolgen kann.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kühlpads gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems mit einem Kühlpad und einer geöffneten Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung eines Kühlsystems mit einem Kühlpad, einer geschlossenen Kühlvorrichtung und einer Orthese;
- 4 eine schematische Darstellung einer Anwendung des Systems aus 3;
- 5 eine Schnittdarstellung entlang A-A in 1;
- 6 eine Schnittdarstellung entlang B-B in 1;
- 7 eine schematische Darstellung einer Kühlvorrichtung;
- 8 und 9 schematische Darstellungen einer Pumpeinrichtung eines Kühlpads und einer korrespondierenden Antriebseinrichtung einer Kühlvorrichtung;
- 10 eine perspektivische schematische Darstellung der Pumpeinrichtung aus 9; und
- 11 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb eines Kühlpads und einer Kühlvorrichtung.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kühlpads 10 schematisch dargestellt. Das Kühlpad kann insbesondere für human- oder veterinärmedizinische Anwendungen zur Wärme- und/oder Kältetherapie eingesetzt werden. Das Kühlpad 10 weist einen ersten Wärmetauscher 20 und einen zweiten Wärmetauscher 30 auf. Der erste Wärmetauscher 20 und der zweite Wärmetauscher 30 sind voneinander beabstandet angeordnet und über ein Leitungssystem 40 fluidisch miteinander verbunden. Das Kühlpad 10 weist ferner eine Pumpeinrichtung 50 auf, die dazu eingerichtet ist, über das Leitungssystem 40 einen Austausch eines Wärmetransportfluids zwischen dem ersten Wärmetauscher 20 und dem zweiten Wärmetauscher 30 zu bewirken.
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Das Leitungssystem 40 weist im vorliegenden Beispiel zwei Schlauchleitungen auf, einen Vorlauf 41 und einen Rücklauf 42. Der Vorlauf 41 ist mit einem Eingang 21 des ersten Wärmetauschers 20 und einem Ausgang 32 des zweiten Wärmetauschers 30 fluidisch verbunden. Der Rücklauf 42 ist mit einem Ausgang 22 des ersten Wärmetauschers 20 und einem Eingang 31 des zweiten Wärmetauschers 30 fluidisch verbunden.
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Der zweite Wärmetauscher 30 kann Strömungsleitstrukturen 34 aufweisen, die dazu ausgebildet sind eine gleichmäßige Strömung über die Fläche des Wärmetauschers zu bewirken. Somit kann der Wärmeaustausch über einen großen Teil der Oberfläche, vorzugsweise über die gesamte Oberfläche des Wärmetauschers stattfinden und kein Totwasser mit geringer Wärmetauschereffizienz entstehen.
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In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Pumpeinrichtung 50 zwischen dem Leitungssystem 40 und dem zweiten Wärmetauscher 30 angeordnet. Allerdings kann die Pumpeinrichtung auch an anderen Stellen positioniert werden, wie beispielhaft in 2 gezeigt. Dort ist die Pumpeinrichtung 50 in den zweiten Wärmetauscher 30 integriert angeordnet.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich handelt es sich bei dem Kühlpad 10 jeweils um ein vollintegriertes, geschlossenes fluidgefülltes Kühlpad. Das Kühlpad 10 weist einen hermetisch abgeschlossenen Fluidkreislauf auf. Es ist somit nicht erforderlich, das Kühlpad an einen externen Fluidkreislauf anzuschließen. Die Handhabung kann dadurch deutlich vereinfacht werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems 1 mit einem Kühlpad 10 und einer Kühlvorrichtung 60. Die Kühlvorrichtung 60 weist eine Aufnahme 61 zur Aufnahme des Wärmetauschers 30 des Kühlpads 10 auf. Die Kühlvorrichtung kann einen Verschlussdeckel 62 für die Aufnahme 61 aufweisen. Der Verschlussdeckel 62 ist in 2 geöffnet dargestellt und gibt den Blick auf das innere der Aufnahme 61 frei. Dort können einer Kühleinrichtung 63, insbesondere mit einem thermoelektrischen Kühlelement wie einem Peltierelement, und eine Antriebseinrichtung 64 angeordnet sein.
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Die Kühleinrichtung 63 ist dazu eingerichtet ist, dem Wärmetauscher 30 des Kühlpads 10 Wärme zuzuführen oder von diesem abzuführen, wenn sich der Wärmetauscher 30 des Kühlpads in der Aufnahme 61 befindet. Hierfür sind der Wärmetauscher 30 und die Kühleinrichtung 63 vorzugsweise derart angeordnet, dass sie dann übereinander zum Liegen kommen. Insbesondere kann der zweite Wärmetauscher 30 einen flächigen Wärmeabgabebereich 33 aufweisen, welcher mit einer Position der Kühleinrichtung 63 korrespondiert.
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Vorzugsweise kann die Kühleinrichtung 63 bzw. eine Aufnahme 61 der Kühleinrichtung strukturiert sein, beispielsweise um i) die Wärmetauscherfläche zu vergrößern und/oder ii) eine Fluidströmung im Wärmetauscher 30 zu beeinflussen, wenn der Wärmetauscher durch den Deckel 62 angedrückt wird. Beispielsweise können Strömungsleitstrukturen vorgesehen sein, welche eine Strömung innerhalb des aufgenommenen Wärmetauschers beeinflussen können. Vorzugsweise kann die Kühleinrichtung, alternativ oder zusätzlich zu den in 1 gezeigten Strömungsleitstrukturen des zweiten Wärmetauschers 30, ihrerseits Strömungsleitstrukturen aufweisen, die dazu ausgebildet sind eine gleichmäßige Strömung über die Fläche des Wärmetauschers zu bewirken. Somit kann der Wärmeaustausch über einen großen Teil der Oberfläche, vorzugsweise über die gesamte Oberfläche des Wärmetauschers stattfinden und kein Totwasser mit geringer Wärmetauschereffizienz entstehen. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Wärmeleitstrukturen in der wiederverwendbaren Kühleinrichtung vorgesehen sind und die Fertigungskosten des Kühlpads reduziert werden können.
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Die Antriebseinrichtung 64 ist dazu eingerichtet, die in dem Kühlpad 10 integrierte Pumpeinrichtung 50 anzutreiben. Ein Beispiel hierfür wird nachfolgend mit Bezug auf 6 und 7 näher erläutert.
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Die Kühlvorrichtung 60 kann ferner ein Gehäuse 65 und einen Trageriemen 66 aufweisen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems 1 mit einem Kühlpad 10, einer geschlossenen Kühlvorrichtung 60 und zusätzlich einer Orthese 70. Der zweite Wärmetauscher und die Pumpeinrichtung 50 sind in der Aufnahme 61 aufgenommen und vom Deckel 62 verdeckt. Vorzugsweise schützt der Deckel 62 bzw. das Gehäuse 65 daher Pumpeinrichtung 50 und den zweiten Wärmetauscher. Bei der Orthese 70 kann es sich um eine konventionelle Orthese handeln.
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4 zeigt einen Nutzer 100 mit einer beispielhaften Knieorthese 70. Eine Dicke bzw. Bauhöhe des ersten Wärmetauschers 20 ist vorzugsweise derart gewählt, dass der Wärmetauscher unter einer Orthese 70 getragen werden kann. Wie in 4 gezeigt führt das Leitungssystem 40 somit nunmehr von dem unter der Orthese 70 getragenen ersten Wärmetauscher 20 zur Kühlvorrichtung 60. Bei der Kühlvorrichtung 60 handelt es sich vorzugsweise um eine batteriebetriebene Kühlvorrichtung, welche mobil und unabhängig von weiterer Kälteinfrastruktur einsetzbar ist. Beispielsweise kann die Kühlvorrichtung 60 mit einem Schultergurt 66 getragen werden. Alternativ können, je nach erforderlicher Kühlleistung, auch kleinere Einheiten vorgesehen sein, welche z.B. am Gürtel oder direkt an der Kleidung oder am Körper getragen werden können.
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5 und 6 zeigen jeweils Schnittdarstellung entlang A-A und B-B in 1. Der erste Wärmetauscher 20 (siehe 6) und das Leitungssystem 40 (siehe 5) können einen gemeinsamen Schichtaufbau aufweisen mit einer oberen Deckschicht 25 und einer unteren Deckschicht 26. Zwischen der oberen Deckschicht 25 und der unteren Deckschicht 26 befindet sich eine Zwischenschicht 27. Die Fluidkanäle des ersten Wärmetauschers 20 und des Leitungssystems 40 können in der Zwischenschicht 27 angeordnet sein. Vorzugsweise weist auch der zweite Wärmetauscher 40 einen entsprechenden Schichtaufbau auf. Fluidkanäle des zweiten Wärmetauschers können ebenfalls zwischen der oberen und der unteren Deckschicht 25, 26 angeordnet sein. Vorzugsweise kann auch die Pumpeinrichtung 50 zwischen der oberen Deckschicht 25 und der unteren Deckschicht 26 angeordnet sein. Dadurch kann ein einfacher, kostengünstiger Aufbau erreicht werden. Das Kühlpad kann einstückig ausgebildet sein. Optional weisen auch die Seitenflächen gemeinsame Seitenschichten 28, 29 auf.
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Im Bereich des ersten Wärmetauschers können die Fluidkanäle 23 vorzugsweise einen Querschnitt mit einer abgeflachten Seite aufweisen, beispielsweise einen halbkreisförmigen Querschnitt, wie in 6 gezeigt. Die abgeflachte Seite ist dabei vorzugsweise an einer Seite bzw. Oberfläche des Wärmetauschers zugewandt angeordnet, über welche Wärme aufgenommen bzw. abgegeben werden soll. Im vorliegenden Beispiel erfolgt die Wärmeaufnahme bzw. -abgabe über die obere Deckschicht 25. Vorzugsweise kann die obere Deckschicht 25 als eine dünne, wärmeleitfähige und fluiddichte Membran ausgebildet sein. Die Deckschicht 25 kann eine Seitenwand der Fluidkanäle bilden. Dies kann den Wärmetransport erleichtern, da thermische Widerstände reduziert werden können. Gegenüber der unteren Deckschicht 26 kann die Zwischenschicht 27 optional isolierend wirken. Vorzugsweise kann also ein halbkreisförmiger Querschnitt der Fluidkanäle 23, mit planarer Fläche nach oben, abgeschlossen durch eine dünne Deckfolie für den Kontakt zu einer Körperoberfläche für guten Wärmeübergang vorgesehen sein mit einer optionalen rückseitigen Isolationsschicht. Ein weiterer Vorteil von abgeflachten Fluidkanälen 23 besteht darin, dass die Dicke des Wärmetauschers reduziert werden kann.
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Es versteht sich, dass der zweite Wärmetauscher optional entsprechend ausgebildet sein kann. Der zweite Wärmetauscher kann ebenfalls Fluidkanäle aufweisen. Die Fluidkanäle können eine abgeflachte Seite aufweisen, welche im Betrieb der Kühleinrichtung 63 der Kühlvorrichtung 60 zugewandt sein kann.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines Kühlsystems 1 mit einer Schnittdarstellung einer Kühlvorrichtung 60. In dem in 7 gezeigten Beispiel weist die Kühleinrichtung 63 ein elektrisch betriebenes Peltierelement 81 auf, welches an einem Deckel 62 angeordnet sein kann. Alternativ kann das Peltierelement auch wie in 2 gezeigt unterhalb der Aufnahme angeordnet sein. Es versteht sich, dass auch mehrere Kühleinrichtungen vorgesehen sein können. Der Deckel 62 ist mittels eines Scharniers 82 an einem Grundkörper des Gehäuses 65 angeordnet und bildet zusammen mit diesem eine Aufnahme 61 für den zweiten Wärmetauscher 30.
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Das elektrisch betriebene Peltierelement 81 kühlt mittels des zweiten Wärmetauschers 30 das durch die Pumpeinrichtung 50 umgewälzte Wärmetransportfluid 11 in dem hermetisch abgeschlossen Fluidkreislauf des Kühlpads 10. Die Abwärme, d.h. die dem Wärmetransportfluid entnommene Wärme zuzüglich der elektrischen Leistung des Peltierelements 81 können über einen Kühlkörper 83 und optional einen Ventilator 84 abgeführt werden.
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Über den geschlossenen Fluidkreislauf wird das nunmehr auf eine Solltemperatur abgekühlte Wärmetransportfluid 11 zu dem auf einem Hautareal 101 aufliegenden ersten Wärmetauscher 20 transportiert und nimmt dort Wärme auf, so dass das Hautareal 101 wie gewünscht gekühlt wird.
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Die Leitungsquerschnitte können vorzugsweise dahingehend optimiert sein, dass ein nur minimales Fluidvolumen benötigt wird, so dass die thermische Trägheit des Systems minimiert wird, gleichzeitig aber eine hinreichend hohe Flussrate realisiert werden kann und der Energieaufwand für die Umwälzung des Kühlmediums nicht zu hoch wird. Typische Kühlleistungen (Wärmeabfuhr vom Gewebe) liegen in der Größenordnung 20 bis 60 mW/cm2. Typische Kühlflächen liegen in der Größenordnung von 100 bis 500 cm2. Daraus folgen Kühlleistungen in der Größenordnung von 2 W bis 30 W. Insbesondere in Anbetracht der üblicherweise zeitlich begrenzten Thermotherapie ist dies auch mit batteriebetriebenen Geräten ohne weiteres möglich. Die Pumpleistung zur Umwälzung kann 1 bis 3 W oder weniger betragen.
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Die Kühlvorrichtung 60 kann optional einen Energiespeicher 85 zum netzunabhängigen Betrieb aufweisen. Vorzugsweise weist die Kühlvorrichtung 60 ferner eine Steuereinrichtung auf. Die Steuereinrichtung kann die oben beschriebenen Funktionen eines Reglers 86 und/oder einer Überwachungseinrichtung 89 realisieren. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung in Form eines Mikrokontrollers implementiert werden, der z.B. einen Leistungsregler für die Stromversorgung des Peltierelements ansteuert und/oder die Antriebseinrichtung 64 ansteuert. Die Kühlvorrichtung 60 kann optional einen ersten und/oder zweiten Temperatursensor 87, 88 aufweisen. Insbesondere können ein erster Temperatursensor 87 vor der Kühleinrichtung 63 zur Messung einer Rücklauftemperatur und ein zweiter Temperatursensor 88 nach der Kühleinrichtung zur Messung einer Vorlauftemperatur vorgesehen sein. Aus der Temperaturdifferenz und einem Volumenstrom des Wärmetransportfluids kann eine dem Hautareal 101 entnommene Kühlleistung abgeschätzt werden.
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Wie in 7 angedeutet und nachfolgend beispielhaft in 8, 9 und 10 gezeigt, kann die Pumpeinrichtung 50 dazu ausgebildet sein, durchführungsfrei von einer Antriebseinrichtung 64 der Kühlvorrichtung 60 angetrieben zu werden. Die Antriebseinrichtung 64 kann einen Elektromotor 91 und einen Mitnehmer 92 aufweisen. Der Elektromotor 91 kann wiederum über die Steuereinrichtung 86 angesteuert werden.
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8 zeigt eine Draufsicht auf die Antriebseinrichtung 64 mit dem Elektromotor 91 und dem Mitnehmer 92. Der Mitnehmer 92 kann wiederum einen oder mehrere Magnete 93 aufweisen. Mittels dieser Magnete 93 kann durchführungsfrei eine Kraft auf die Pumpeinrichtung 50 übertragen werden. Beispielsweise kann die Pumpeinrichtung 50, wie in 9 und 10 gezeigt, als magnetisch gekoppelte Zahnradpumpe ausgeführt sein. Hierfür sind an zumindest einem Zahnrad 95 ein oder mehrere Magnete 96 vorgesehen. Wenn nun das Kühlpad mit der Pumpeinrichtung 50 derart in die Kühlvorrichtung 60 eingesetzt wird, dass die Magnete 96 des Zahnrads 95 der Pumpeinrichtung 50 über den Magneten 93 der Antriebseinheit 64 zum Liegen kommen, so kann eine Kraft der Antriebseinrichtung durchführungsfrei übertragen werden. Somit kann der hermetisch abgeschlossene Fluidkreislauf erhalten werden.
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11 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betrieb eines Kühlpads und einer Kühlvorrichtung. In einem ersten Schritt S201 werden das Kühlpads und die korrespondierenden Kühlvorrichtung bereitgestellt. In einem zweiten Schritt S202 wird der zweite Wärmetauscher des Kühlpads in eine Aufnahme der Kühlvorrichtung eingelegt. In einem dritten Schritt S203 wird der erste Wärmetauscher des Kühlpads an einer zu kühlenden Stelle aufgebracht. In einem vierten Schritt S204 wird der Kühlvorgang mit der Kühlvorrichtung gestartet. Es versteht sich, dass eine Kühlung auch zu nichttherapeutischen Zwecken erfolgen kann, beispielsweise zu kosmetischen Zwecken oder zur Entspannung.
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Das hierin beschriebene Verfahren ermöglicht eine sehr einfache Handhabung, auch durch weniger erfahrene Anwender. Die Applikation der Kühlvorrichtung in Schritt S203 kann beispielsweise mittels einer konventionellen Orthese oder Bandage oder dergleichen erfolgen. Somit kann das vorgeschlagene Kühlpad ohne weiteres in einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungsszenarien zum Einsatz kommen.
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Die hierin offenbarten Lösungen können insbesondere nach Unfällen, Operationen oder Sportverletzungen helfen, Schwellungen zu vermeiden, Schmerzen zu lindern und/oder Gewebe bzw. Nervenschäden vorzubeugen. Ein weiteres vorteilhaftes Anwendungsgebiet ist die Kühlung, insbesondere von Extremitäten, während oder nach der Chemotherapie, um Nebenwirkungen wie Taubheitsgefühle, Nerven- und Gewebeschäden sowie Haarausfall zu vermeiden oder zu reduzieren. Ein vorteilhafter Anwendungsfall im Bereich Veterinärmedizin ist die Behandlung von Gelenkproblemen von Pferden. Hierbei kann eine akkubetriebene Kühlvorrichtung beispielsweise mittels eines Tragegurts am Tier befestigt werden und ein vorzugsweise flexibles, an die Form des betreffenden Gelenkes angepasstes Kühlpad für eine optimale Kühlung sorgen.
