DE1954019A1 - Thermal facility for clinical fluids - Google Patents
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Description
Anmelder: Thermolyne Corporation, 2555 Kerper Boulevard, Dubugue, Iowa 52 001, USAApplicant: Thermolyne Corporation, 2555 Kerper Boulevard, Dubugue , Iowa 52 001, USA
Wärmeeinrichtung für klinische FlüssigkeitenClinical fluid heating device
Die Erfindung betrifft eine Wärmeeinrichtung zum Erwärmen klinischer Flüssigkeiten, insbesondere einen Blutwärmer zum Erwärmen von gekühltem Blut auf Transfusionstemperatur. The invention relates to a heating device for heating clinical fluids, in particular a blood warmer for heating cooled blood to the transfusion temperature.
Blut wird normalerweise mit einer Temperatur von etwa 4°C gelagert. Vor einer Verwendung muß es auf die Körpertemperatur von 37 C erwärmt werden. Für einen vorgegebenen chirurgischen Verwendungszweck ist es üblich, genügend Blut zu wärmen, um den Bedarf für Transfusionen ausreichend zu decken, was häufig zu einem beträchtlichen Verlust führt, wenn der erwartete Bedarf nicht auftritt. Das erwärmte Blut kann nicht erneut gekühlt werden und ist deshalb nicht mehr verwendbar.Blood is usually stored at a temperature of around 4 ° C. Before using it, it must be brought to body temperature heated to 37 C. It is common to have enough blood for a given surgical use warm to adequately meet transfusion needs, often resulting in significant loss, when the expected need does not arise. The warmed blood cannot be cooled again and is therefore no longer usable.
Es wurden bereits Blutwärmer vorgeschlagen, bei denen ein flüssiges Heizbad Verwendung findet, in das eine wendeiförmige Wärmeübertragungseinrichtung eingetaucht wird, in welcher das hindurchlaufende Blut erhitzt wird. Bei Einrichtungen dieser Art kann jedoch eine zu starke oder zu geringe Erhitzung des Bluts erfolgen, je nach der Strömungsgeschwindigkeit des Bluts. Es ist deshalb wünschenswert, einen Blutwärmer so auszubilden, daß Blut auf eine Temperatur innerhalb eines engen Temperaturbereichs trotz größerer Änderungen der Durchflußgeschwindigkeit erwärmt werden kann. Dieser vorgeschlagene BlutwärmerBlood warmers have already been proposed in which a liquid heating bath is used, in which a helical one Heat transfer device is immersed in which the blood flowing through is heated. With facilities this However, the blood may be heated too much or too little, depending on the flow rate of the blood. It is therefore desirable to design a blood warmer so that blood is brought to a temperature within a narrow temperature range can be heated despite major changes in the flow rate. This suggested blood warmer
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ermöglicht eine kontrollierte Temperatur des Bluts bei Strömungsgeschwindigkeiten bis zu 150 cm /min. Mit diesem Blutwärmer kann Blut innerhalb eines für Transfusionszwecke annehmbaren Bereichs geliefert werden, ausgehend von Blut bei 4°C oder weniger, selbst wenn die Strömungsgeschwindigkeit von dem Maximum von 150 cm /min während der Transfusion auf Null verringert wird. Bei diesem Blutwärmer besteht jedoch die Schwierigkeit, daß er nicht einfach zerlegt und zusammengebaut werden kann, und daß keine für alle Zwecke zufriedenstellende Steuerung der Bluttemperatur erfolgen kann.enables a controlled temperature of the blood at flow rates of up to 150 cm / min. With this Blood warmer can deliver blood within an acceptable range for transfusion purposes based on blood at 4 ° C or less even if the flow rate increases from the maximum of 150 cm / min during the transfusion Zero is decreased. However, this blood warmer has a problem that it cannot be easily disassembled and assembled and that no satisfactory control of the blood temperature can be made for all purposes.
Durch die Erfindung soll deshalb ein Blutwärmer geschaffen werden, der eine einfachere Umstellung von einem Blutvorrat oder von einem Patienten zu einem anderen gestattet. Ferner soll ein Blutwärmer für eine trockene Wärmezufuhr geschaffen werden, der leicht gereinigt werden kann, selbst wenn irgendeine Beschädigung auftreten sollte und das Blut oder eine andere Transfusionsflüssigkeit ausläuft. Ferner soll der Blutwärmer eine verbesserte Einstellung der Temperatur ermöglichen, indem die elektrischen Heizelemente entsprechend der abnehmenden Wärmeabsorption der zu erwärmenden Flüssigkeit, die durch die Einrichtung fließt, geeignet ausgebildet werden.The invention is therefore intended to create a blood warmer that allows easier switching from one blood supply or from one patient to another. Further is to create a blood warmer for a dry supply of heat which can be easily cleaned, even if any Should damage occur and the blood or other transfusion fluid will leak. Furthermore, the Blood warmers allow for improved temperature control by adjusting the electrical heating elements accordingly the decreasing heat absorption of the liquid to be heated, which flows through the device, suitably designed will.
Eine Wärmeeinrichtung gemäß der Erfindung arbeitet mit trockener Wärme und ermöglicht die Erwärmung von Blut oder anderen Flüssigkeiten auf eine für Transfusionszwecke sicher geeignete Temperatur von einer Strömungsgeschwindigkeit Null bis zu einer gegebenen maximalen Strömungsgeschwindigkeit, und ist gekennzeichnet durch erste und zweite wärmeleitende Heizplatten, eine Einrichtung, an der die Heizplatten verschwenkbar angelenkt und zwischen einer geschlossenen Lage, in welcher die Heizplatten nahe zueinander und parallel angeordnet sind, sowie einer offenen Lage verschwenkbar sind, in welcher die Heizplatten verhältnismäßig weit voneinander entfernt sind. Die Heizeinrichtung hat ferner eine Stützeinrichtung zur entfernbaren Halterung eines dünnen, flachen, von Kanälen durch-A heating device according to the invention works with dry heat and enables the heating of blood or other fluids on one safe for transfusion purposes suitable temperature from zero flow rate to a given maximum flow rate, and is characterized by first and second thermally conductive heating plates, a device on which the heating plates can be pivoted hinged and between a closed position in which the heating plates are arranged close to each other and parallel, and an open position in which the heating plates are relatively far apart. The heating device also has a support device for the removable mounting of a thin, flat, channels through
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zogenen Beutels auf einer Seite der Heizplatten, welcher an gegenüberliegenden Enden einen Einlaß und einen Auslaß aufweist. Wenn die Heizplatten sich in der geschlossenen Lage befinden und der Beutel mit Flüssigkeit gefüllt ist, stehen die gegenüberliegenden Seiten des Beutels mit den ersten bzw. zweiten Heizplatten in Berührung. Für die ersten und zweiten Heizplatten sind erste und zweite Heizelemente vorgesehen. Jedes Heizelement verjüngt sich von dem Einlaßende zu dem Auslaßende, so daß der Wärmeübergang sich entsprechend der sich verringernden Wärmeabsorption der Flüssigkeit verringert, die von dem Einlaß des Beutels zu dessen Auslaß fließt. Zur Steuerung der Wärmeerzeugung der Heizelemente entsprechend der Temperatur einer der Heizplatten ist eine thermische Steuereinrichtung vorgesehen.drawn bag on one side of the heating plates, which has an inlet and an outlet at opposite ends having. When the heating plates are in the closed position and the bag is filled with liquid, the opposite sides of the bag are in contact with the first and second heating plates, respectively. For the first and second heating plates, first and second heating elements are provided. Each heating element tapers from the inlet end to the outlet end so that the heat transfer increases according to the decreasing heat absorption of the liquid flowing from the inlet of the bag to the outlet thereof. To control the heat generation of the heating elements A thermal control device is provided according to the temperature of one of the heating plates.
Anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele soll dieErfindung näher erläutert werden. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with the aid of the exemplary embodiments shown in the drawing. It demonstrate:
Fig. 1 eine perspektivische Vorderansicht eines Blutwärmers gemäß der Erfindung;1 is a front perspective view of a blood warmer according to the invention;
Fig. 2 einen Teilschnitt entsprechend der Linie 2-2 in Fig. 1, woraus die relative Lage der Heizplatten zu dem von dem Blut durchströmten Beutel ersichtlich ist;Fig. 2 is a partial section along the line 2-2 in Fig. 1, from which the relative position of the heating plates to the the bag through which the blood flows can be seen;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Blutwärmers in Fig. 1, wobei die Tür nahezu geschlossen und die Deckplatte der Tür abgenommen ist;3 shows a perspective view of the blood warmer in FIG. 1, with the door almost closed and the cover plate the door is removed;
Fig. 4 ein Schaltbild der Heizelemente und der elektrischen Steuereinrichtung für den Blutwärmer in den Fig. 1 bis 3 ? undFIG. 4 shows a circuit diagram of the heating elements and the electrical control device for the blood warmer in FIG. 1 to 3 ? and
Fig. 5 ein Schaltbild der Heizelemente bei einerr. anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.Fig. 5 is a circuit diagram of the heating elements in a. others Embodiment of the invention.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen einen Blutwärrr.er 10, der zurr. Erwärmen von gekühltem Blut oder anderen klinischen Flüssigkeiten auf eine geeignete Trans£usicnsterr.peratur dient. Der Blutwärmer IC hat einen Sockel 11 und einer, stationärer. Kalir.'sn 12. IT er Scckel 11 steht c?e-rrer; über cer~. Rahrrsn. 12 ~~c.- 1 to 4 show a blood warmer 10, which zurr. Warming of chilled blood or other clinical fluids to a suitable temperature for transit is used. The blood warmer IC has a base 11 and one, stationary. Kalir.'sn 12. IT er Scckel 11 stands c? E-rrer; about cer ~. Rahrrsn. 12 ~~ c.-
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und am oberen Ende des Rahmens ist ein nach vorne vorspringendes Gehäuse 13 vorgesehen.and a forwardly projecting housing 13 is provided at the upper end of the frame.
Eine erste wärmeleitende Heizplatte 21 ist an dem Rahmen 12 befestigt. Die Heizplatte 21 hat einen unteren Abschnitt 2lA und einen oberen Abschnitt 2lB. Eine zweite wärmeleitende Heizplatte 22 hat wie die Heizplatte 21 einen unteren Abschnitt 22A und einen oberen Abschnitt 22B. Die Heizplatte ist an einer Tür 14 befestigt, die an dem Sockel und dem Rahmen angelenkt ist. Deshalb sind die Heizplatten 21 und 22 gegeneinander zwischen einer offenen Lage in Fig. 1 und einer geschlossenen Lage verschwenkbar. In der geschlossenen Lage sind die beiden Heizplatten mit einem geringen Abstand parallel zueinander angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Der Blutwärmer 10 weist ferner eine Stützeinrichtung zur lösbaren Halterung eines dünnen, flachen, von Flüssigkeitskanälen durchsetzten Beutels 16 in einer vorherbestimmten Lage auf der Heizplatte 21 auf. Diese Stützeinrichtung besteht aus vier Stiften 15A, 15B, 15C und 15D, die an dem Rahmen 12 angeordnet sind und durch vier entsprechende Öffnungen in dem Beutel 16 durchragen. Die Stifte 15A bis 15D fluchten mit vier entsprechenden Öffnungen 17A bis 17D in der Heizplatte 22. Die Stützeinrichtung für den Beutel 16 weist ferner einzelne Schlitze 18A und 18B in den Heizplatten 21A und 22A auf, in welchen eine Einlaßleitung 18 liegt, die Teil des Beutels 16 ist. Entsprechende Schlitze 19A und 19B in den Abschnitten 2lB und 22B der Heizplatten umgeben die Auslaßleitung 19 des Beutels.A first heat conductive heating plate 21 is attached to the frame 12. The heating plate 21 has a lower portion 2lA and an upper section 2lB. A second heat conductive heating plate 22, like the heating plate 21, has a lower portion 22A and a top portion 22B. The heating plate is attached to a door 14 that is attached to the base and the Frame is hinged. Therefore, the heating plates 21 and 22 are mutually between an open position in Fig. 1 and a closed position pivotable. In the closed position, the two heating plates are parallel with a small distance arranged to one another, as can be seen from FIG. The blood warmer 10 also has a support device for detachable Holding a thin, flat bag 16 penetrated by liquid channels in a predetermined one Position on the heating plate 21. This support device consists of four pins 15A, 15B, 15C and 15D, which are attached to the Frame 12 are arranged and protrude through four corresponding openings in the bag 16. The pins 15A to 15D are aligned with four corresponding openings 17A to 17D in the heating plate 22. The support means for the bag 16 also has individual slots 18A and 18B in the heating plates 21A and 22A in which an inlet conduit 18 lies Part of the bag 16 is. Corresponding slots 19A and 19B in sections 21B and 22B of the heating plates surround the outlet conduit 19 of the bag.
Wenn die Tür 14 offen ist (Fig.l), ist die Heizplatte mit einem verhältnismäßig großen Winkel relativ zu der Heizplatte 21 angeordnet. Deshalb ist der Beutel 16 gut erreichbar, so daß er leicht eingebaut und ausgebaut werden kann. Wenn die Tür 14 geschlossen ist, sind die beiden Heizplatten 21 und 22 nahe und parallel zueinander angeordnet (Fig.2). Wenn also die Tür 14 geschlossen ist, berühren die gegenüberliegenden Seiten des Beutels 16 die Heizplatten 21 und 22. Dadurch ist eine gute Wärmeübertragung von den Heizplatten zu der:. Beutel 16 gewährleistet.When the door 14 is open (Fig.l), the heating plate is arranged at a relatively large angle relative to the heating plate 21. Therefore, the bag 16 is easily accessible, so that it can be easily installed and removed. When the door 14 is closed, the two heating plates are 21 and 22 are arranged close to and parallel to one another (Fig. 2). So when the door 14 is closed, the opposite touch Sides of the bag 16 the heating plates 21 and 22. This ensures good heat transfer from the heating plates to the:. Bag 16 guaranteed.
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Die Heizplatten 21 und 22 sind mit elektrischen Heizelementen versehen. Die Anordnung und Ausrichtung der Heizelemente an den Heizplatten ist in Fig. 4 dargestellt. Die Abschnitte 21A und 21B der Heizplatten sind mit Heizelementen 25A und 25B in Form von elektrischen Widerstandsdrähten versehen. Die Heizelemente 25A und 25B sind von der Unterseite zur Oberseite des Heizelements derart unterschiedlich ausgebildet, daß die Wärmeerzeugung nach oben entlang der Stirnfläche der Heizplatte 21 abnimmt. Die Heizelemente sind sich verjüngend angeordnet, so daß die Wärmeerzeugung allmählich von dem Teil der Heizplatte abfällt, der an den Einlaß 18 des Beutels 16 zu dem Auslaß 19 angrenzt, und zwar proportional der geringeren Wärmeabsorption des von dem Einlaß zu dem Auslaß fließenden Bluts.The heating plates 21 and 22 are provided with electrical heating elements. The arrangement and orientation of the heating elements on the heating plates is shown in FIG. The sections 21A and 21B of the heating plates have heating elements 25A and 25B in the form of electric resistance wires. The heating elements 25A and 25B are from the bottom formed differently to the top of the heating element in such a way that the heat generation upwards along the end face the heating plate 21 decreases. The heating elements are tapered so that the heat generation gradually from that part of the heating plate which adjoins the inlet 18 of the bag 16 to the outlet 19 falls, proportionally the lower heat absorption of the blood flowing from the inlet to the outlet.
Zur Erläuterung der Heizelemente 25A und 25B solij/auf den stattfindenden Wärmeaustausch näher eingegangen werden. Die Temperatur des Bluts erhöht sich allmählich, wenn es von dem Einlaß 1.8 zu dem Auslaß 19 fließt. Der Betrag dervon dem Blut absorbierten Wärme ist proportional der Temperaturdifferenz zwischen dem Blut und dem Heizplatten 21,22. Die Heizplatten haben eine hohe thermische Leitfähigkeit, indem sie vorzugsweise aus schwerem Aluminiumguß bestehen, und weisen deshalb eine im allgemeinen gleichförmige Temperatur auf. Deshalb absorbiert das Blut in der Nähe des Auslasses 18 weniger Wärme als in der Nähe des Einlasses, weil die Temperaturdifferenz im Bereich des Auslasses wesentlich geringer ist.To explain the heating elements 25A and 25B solij / on the heat exchange taking place will be discussed in more detail. The temperature of the blood increases gradually as it changes Inlet 1.8 flows to outlet 19. The amount of heat absorbed by the blood is proportional to the temperature difference between the blood and the heating plates 21,22. The heating plates have a high thermal conductivity by being preferably are made of heavy cast aluminum and are therefore of generally uniform temperature. That's why the blood in the vicinity of the outlet 18 absorbs less heat than in the vicinity of the inlet because of the temperature difference is much lower in the area of the outlet.
Die zweite Heizplatte 22 hat zwei Heizelemente 26A und 26B. Die Heizelemente 25A,25B,26A und 26B sind sinusförmig ausgebildet und weisen jeweils vier horizontal verlaufende Abschnitte auf. Aus praktischen Gründen sollen die Endverbindungen zwischen den horizontalen Abschnitten vernachlässigt werden. Die Wärmeerzeugung des Heizelements 25A soll entlang seiner gesamten Länge als konstant angesehen werden. Die vier horizontalen Abschnitte des Heizelements 25A haben jedoch nicht den gleichen Abstand relativ zu der vertikalen Höhe des Abschnitts 2lA der Heizplatte.The second heating plate 22 has two heating elements 26A and 26A 26B. The heating elements 25A, 25B, 26A and 26B are sinusoidal formed and each have four horizontally extending sections. As a practical matter, the end connections between the horizontal sections can be neglected. The heat generation of the heating element 25A should be along can be regarded as constant over its entire length. However, the four horizontal sections of the heating element 25A have not the same distance relative to the vertical height of section 21A of the heating plate.
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Der erste oder untere horizontale Abschnitt 25Al des Heizelements 25A ist in einem verhältnismäßig kleinen Bereich Al des Abschnitts 21A des Heizplatte zentriert. Dieser Bereich Al fluchtet mit dem Einlaß 18. Der nächste horizontale Abschnitt 25A2 desselben Heizelements ist in einem etwas breiteren Bereich A2 der Heizplatte angeordnet. Der nächste Bereich, in welchem der Abschnitt 25A3 des Heizelements angeordnet ist, ist noch breiter, und der breiteste der Bereiche der Heizplatte 25A ist der oberste Bereich A4, welcher den letzten Abschnitt A4 des Heizelements enthält. Dieselbe Verteilung ist bei jedem der Abschnitte 25B, 26A und 26B der Heizelemente vorhanden. Die elektrische Steuerung für den Blutwärmer 10 ist in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Sie weist vier Thermostate 31,32,33 und 34 auf, die unter der Deckplatte 14 auf der Rückseite der Heizplatte 21 angeordnet sind. Der Thermostat 31 ist ein Regelthermostat für die elektrischen Heizelemente 25A und 26A. Der Thermostat 33 ist ein Regelthermostat für die Heizelemente 25B und 26B. Die Thermostate 33 und 34 dienen zur Steuerung eines Alarmsystems. The first or lower horizontal portion 25Al of the Heating element 25A is centered in a relatively small area A1 of section 21A of the heating plate. This Area Al is aligned with inlet 18. The next horizontal section 25A2 of the same heating element is in one slightly arranged wider area A2 of the heating plate. The next area in which the section 25A3 of the heating element is located is is even wider, and the widest of the areas of the heating plate 25A is the topmost area A4, which contains the last section A4 of the heating element. The same distribution is for each of the sections 25B, 26A and 26B of the heating elements are present. The electrical control for the blood warmer 10 is shown in FIGS. It has four thermostats 31, 32, 33 and 34, which are located under the cover plate 14 on the back of the heating plate 21 are arranged. The thermostat 31 is a control thermostat for the electric heating elements 25A and 26A. The thermostat 33 is a control thermostat for the heating elements 25B and 26B. The thermostats 33 and 34 are used to control an alarm system.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, werden die Heizelemente des Blutwärmers 10 durch eine WechselSpannungsquelle über Anschlüsse 41 und 42 versorgt'. Der eine Anschluß 41 steht mit den in Reihe geschalteten Thermostaten 3 2 und 34 in Verbindung, und über den Thermostat 31 mit dem Anschluß des Heizelements 25B. Der andere Anschluß des Heizelements 25B ist über den entsprechenden Abschnitt 26B in der anderen Heizplatte verbunden, der andererseits an den Anschluß 42 angeschlossen ist.As can be seen from FIG. 4, the heating elements of the blood warmer 10 are supplied by an alternating voltage source Connections 41 and 42 supplied '. One connection 41 is connected to the series-connected thermostats 3 2 and 34, and via the thermostat 31 to the connection of the heating element 25B. The other terminal of the heating element 25B is connected via the corresponding section 26B in the other heating plate, which is connected to the connection 42 on the other hand is.
Die Steuerschaltung für die unteren Abschnitte 25A und 26A ist gleich aber in spezieller Weise ausgebildet, um höhere Stromstärke zu ermöglichen. Die Schaltung der Abschnitte 25A und 26A steht mit dem Anschluß 41 über die in Reihe geschalteten Thermostate 3 2 und 34 in Verbindung. Der Thermostat 34 ist mit der Eingangselektrode eines elektrischen Schaltelements 36 verbunden, dessen Ausgangs-The control circuitry for the lower sections 25A and 26A is the same but is designed in a special manner to to enable higher amperage. The circuit of sections 25A and 26A is connected to the terminal 41 via the Thermostats 3 2 and 34 connected in series. The thermostat 34 is one with the input electrode electrical switching element 36 connected, whose output
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elektrode mit dem Abschnitt 25A verbunden ist, der in Reihe zu dem Heizelement 26A geschaltet ist, das mit dem Anschluß 42 in Verbindung steht. Der Thermostat 31 ist in Reihe zu einem Widerstand 37 geschaltet, die zwischen der Eingangselektrode und der Steuerelektrode des Schaltelements angeschlossen sind.Electrode is connected to the portion 25A, which is connected in series with the heating element 26A, which is connected to the terminal 42 is in communication. The thermostat 31 is connected in series to a resistor 37, which is between the input electrode and the control electrode of the switching element are connected.
Beim Normalbetrieb steuert der auf dem oberen Abschnitt 21B (Fig.3) angeordnete Thermostat die Stromversorgung der beiden in Reihe geschalteten oberen Abschnitte 25B und 26B. Der Thermostat 34 ist ebenfalls auf dem oberen Abschnitt 21B angeordnet, übt jedoch keine primäre Steuerfunktion für die oberen Heizelemente aus. Er dient nur zur Begrenzungssteuerung, um eine Alarmeinrichtung 38 dann zu betätigen, wenn der Thermostat 33 ausfällt, oder wenn ein anderer Fehler in der Arbeitsweise des Blutwärmers auftritt, der zu einer überhitzung des Abschnitts 21B führt.During normal operation, the thermostat arranged on the upper section 21B (FIG. 3) controls the power supply of the two upper sections 25B and 26B connected in series. Thermostat 34 is also on top section 21B arranged, but has no primary control function for the upper heating elements. It is only used for limiting control, in order to then activate an alarm device 38, if the thermostat 33 fails, or if some other fault occurs in the operation of the blood warmer which leads to a overheating of section 21B leads.
Auch der Thermostat 32 übt keine Steuerfunktion auf die Abschnitte 25A und 26A aus, obwohl er an dem Abschnitt 21A der Heizplatte befestigt ist. Wie der Thermostat 34 ist der Thermostat 32 für eine Temperatur etwas oberhalb der gewünschten Arbeitstemperatur der Heizplatten eingestellt und wird nur dann wirksam, wenn die Hauptsteuerung für die Abschnitte 25A und 26A (Thermostat 31 und elektrisches Schaltelement 36) nicht richtig arbeitet. Die Alarmeinrichtung 38, die ein hörbares, sichtbares oder sonstiges Alarmsignal abgeben kann, ist parallel zu den Thermostaten 32 und 34 geschaltet. Die Alarmeinrichtung, die normalerweise durch die beiden Therir.ostate überbrückt ist, wird nicht ausgelöst, solange keiner der beiden Thermostate über seine Einstellung erhitzt wird und öffnet, wodurch die Alarmeinrichtung betätigt wird.The thermostat 32 also has no control function on the Sections 25A and 26A although it is attached to section 21A of the heating plate. Like the thermostat 34 is that Thermostat 32 set for a temperature slightly above the desired working temperature of the heating plates and only takes effect if the main control is for the sections 25A and 26A (thermostat 31 and electrical switching element 36) are not working properly. The alarm device 38, which can emit an audible, visible or other alarm signal is connected in parallel to the thermostats 32 and 34. The alarm device, which is normally bridged by the two Therir.ostats, is not triggered as long as neither of the two thermostats is heated above its setting and opens, which activates the alarm device will.
Aus der vorausgegangenen Beschreibung und aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß der Blutwärmer 10 zwei Paare von Heizplattenabschnitten aufweist, die jeweils von einem einzigen Therir.ostat gesteuert werden, der an einem der Plattenabschnitte angeordnet ist. Deshalb ist die Energiezufuhr zuFrom the foregoing description and from FIG. 4, it can be seen that the blood warmer 10 has two pairs of hot plate sections has, which are each controlled by a single Therir.ostat, which is attached to one of the plate sections is arranged. That is why the energy supply is too
0098-2 /'0290098-2 / '029
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
19540131954013
der gesamten Heiζoberfläche für jedes Paar von Heizplattenabschnitten entsprechend den Bedingungen des thermischen Gleichgewichts an nur einer Stelle steuerbar. Wenn die Wärmezufuhr die Wärmeabsorption an einer anderen Stelle überschreitet oder unterschreitet, kann sich an jedem Paar von Heizplattenabschnitten eine unerwünschte Temperaturänderung ergeben.the total hot surface for each pair of hot plate sections controllable at only one point according to the conditions of thermal equilibrium. If the Heat supply exceeds or falls below the heat absorption at another point, can affect each pair of Heating plate sections result in an undesirable temperature change.
Die Auslegung der Heizelemente kann nicht optimal für mehr als eine Durchflußgeschwindigkeit erfolgen, solange die Heizplatten nicht in differentielle Bereiche unterteilt werden, von dem jeder sein eigenes Heizelement und seine eigeneThe design of the heating elements can not be optimal for more than one flow rate as long as the Heating plates cannot be divided into differential areas, each of which has its own heating element and its own
fc Steuerung aufweist. Gute Ergebnisse können jedoch mit zwei ausgeglichenen, getrennt gesteuerten Heizbereichen wie bei dem Blutwärmer 10 erreicht werden. Die Heizelemente für die beiden Abschnitte der Heizplatten können so proportioniert werden, daß die Wärmezufuhr gleich dem Wärmebedarf in jeden Bereich bei einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit wird. Eine maximale Strömungsgeschwindigkeit wird als Steuerkreterium gewählt, weil die Gefahr eines Schocks für einen Patienten, der eine Bluttransfusion unterhalb der Körpertemperatur erhält, mit der Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, und weil der Temperaturanstieg des Bluts in dem Blutwärmer mit steigender Strömungsgeschwindigkeit abnimmt. Das bedeutet, daß durch eine optimale Anordnung der Heizelementefc control. However, good results can be achieved with two balanced, separately controlled heating areas as in the blood warmer 10 can be achieved. The heating elements for the Both sections of the heating plates can be proportioned so that the heat input equals the heat demand in each Area at a maximum flow rate becomes. A maximum flow rate is used as a control criterion chosen because of the risk of shock to a patient receiving a blood transfusion below body temperature increases with the flow rate and because of the rise in temperature of the blood in the blood warmer decreases with increasing flow velocity. This means that through an optimal arrangement of the heating elements
ψ für die maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit der Temperaturanstieg in dem Blut mit einer maximalen Steuerung erfolgt. ψ for the maximum permissible flow rate, the temperature rise in the blood takes place with a maximum control.
In dem Blutwärmer 10 und in irgendeinem vergleichbaren Wärmeaustauscher, bei welchem eine Flüssigkeit in einem dünnen wärmeleitenden Beutel zwischen relativ eng benachbarten Heizplatten erhitzt wird, kann folgende Beziehung aufgestellt werden:In the blood warmer 10 and in any comparable heat exchanger in which a liquid is in one thin thermally conductive pouch is heated between relatively closely spaced heating plates, the following relationship can be be set up:
ti\ JU- KAP(To-T) dt
(ij cm - ^ ti \ JU- KAP (To-T) dt
(ij cm - ^
dabei bedeutetthereby means
009842/1029009842/1029
- 9 - 1954010- 9 - 1954010
dH = WärmedifferentialdH = heat differential
T0 = Temperatur der Heizplatten in Grad CelsiusT 0 = temperature of the heating plates in degrees Celsius
oberhalb der Ausgangstemperatur der Flüssig-. keitabove the starting temperature of the liquid. speed
T '= Temperatur der Flüssigkeit zu einer bestimmten ZeitT '= temperature of the liquid at a given time
dt = Zeitdifferentialdt = time differential
D = Dicke des BeutelsD = thickness of the bag
K = thermische Leitfähigkeit des BeutelsK = thermal conductivity of the bag
A = Berührungsfläche einer PlatteA = contact surface of a plate
P = Verhältnis der effektiven Kontaktfläche zu der tatsächlichen PlattenflächeP = ratio of the effective contact area to the actual plate area
Die Erhöhung der Temperatur dT während der Zeitspanne dt beträgt:The increase in temperature dT during the period dt is:
(2) dT = dH (2) dT = dH
wobei dT = Temperaturerhöhung in der Zeit dt V = Flüssigkeitsvolumen in dem Beutel.where dT = temperature increase in time dt V = volume of liquid in the bag.
Näherungsweise kann angenommen werden, daß das spezifische Gewicht der zu erhitzenden Flüssigkeit = 1, und daß die spezifische Wärme ebenfalls = 1. Dabei erfolgen alle Angaben in cgs-Einheiten. Unter diesen Voraussetzungen und der weiteren Annahme, daß das Volumen des Beutels 16 proportional zu seiner Oberfläche ist, können die Gleichungen (1) und (2) zur Aufstellung einer WärmeaustauschgleichungApproximately it can be assumed that the specific Weight of the liquid to be heated = 1, and that the specific heat also = 1. All of these take place Figures in cgs units. Under these conditions and the further assumption that the volume of the bag 16 is proportional to its surface area, equations (1) and (2) can be used to establish a heat exchange equation
für den Blutwärmer 10 bei einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit S verwandt werden:for the blood warmer 10 at a maximum flow rate S can be used:
(3) T = To(3) T = To
Bei einer typischen Konstruktion kann angenommen werden,In a typical construction it can be assumed
2 daß die Gesamtoberfläche des Beutels 16 400 cm und daß die2 that the total surface of the bag 16 is 400 cm and that the
2
effektive Beuteloberfläche 200 cm für jede der Heizplatten beträgt, wobei die Verringerung auf die Ausbildung des Beutels
mit Durchflußkanälen (Fig.2) zurückzuführen ist. Für einen typischen, für die Herstellung des Beutels 16 geeigneten2
effective bag surface is 200 cm for each of the heating plates, the reduction being due to the formation of the bag with flow channels (Fig.2). For a typical one suitable for the manufacture of the bag 16
009842/1029009842/1029
19540101954010
Kunststoff, beträgt die thermische Leitfähigkeit etwa 0,00035, die Dicke des Beutels etwa 0,0254 cm und die maximale Strömungs-Plastic, the thermal conductivity is about 0.00035, the thickness of the bag is about 0.0254 cm and the maximum flow
3 ' 33 '3
geschwindigkeit 150 cm pro Minute oder 2 cm pro Sekunde- Bei dieser Annahme und bei der Annahme, daß das auf 4°C gekühlte Blut auf die Transfusionstemperatur von 37°C erwärmt werden soll, beträgt der Temperaturanstieg T für die unteren Heizplattenabschnitte 21A und 22A entsprechend Gleichung (3) 22°C. Ein Viertel dieses gesamten Temperaturanstiegs ist jedem der Teilbereiche Al bis A4 zuzuschreiben. Wenn die Gleichung (3) nach der Fläche A aufgelöst wird, ergibt sich der Ausdruckspeed 150 cm per minute or 2 cm per second - With this assumption and with the assumption that the cooled to 4 ° C If blood is to be heated to the transfusion temperature of 37 ° C, the temperature rise is T for the lower heating plate sections 21A and 22A according to equation (3) 22 ° C. A quarter of this total temperature rise is to be assigned to each of the sub-areas A1 to A4. When equation (3) is solved for the area A, it becomes the expression
ιλ\ τ» DS , To (4) Α = 2PK ln ιλ \ τ » DS , To (4) Α = 2PK ln
und die einzelnen Bereiche Al bis A4 können in folgender Weise berechnet werden:and the individual areas A1 to A4 can be calculated in the following way:
(5)(5)
Al=Al =
lnln
To I To - T1J To I To - T 1 J
Al + A2 =Al + A2 =
DS 2PK DS 2PK
InIn
ToTo
To - 2Τ1 To - 2Τ 1
Al + A2 + An =Al + A2 + An =
DS 2PK DS 2PK
InIn
ToTo
To - ηΤ1 To - ηΤ 1
wobei T' = Anstieg der Flüssigkeitstemperatur pro Abschnittwhere T '= increase in liquid temperature per section
Al An = Abschnittflächen, Einlaß - zum Auslaßende-Für die in Fig. 1 bis 4 dargestellte Konstruktion ergibt sich mit den oben angenommenen Parametern folgende Berechnung der Teilflächen Al bis A4:Al An = section areas, inlet - to outlet end-for the construction shown in FIGS. 1 to 4 results in the following calculation with the parameters assumed above of the sub-areas Al to A4:
Al = 182 InAl = 182 in
3333
33-5,533-5.5
Al + A2 = 182 InAl + A2 = 182 in
=33,2 cm= 33.2 cm
33 =73,7 cm2 33 = 73.7 cm 2
33-1133-11
Al + A2 + A3 = 126 cm2
Al + A2 + A3 + A4 = 200 cm2
so daß sich folgende Flächen ergeben:Al + A2 + A3 = 126 cm 2
Al + A2 + A3 + A4 = 200 cm 2
so that the following areas result:
00 98 42/102900 98 42/1029
_n_ 1954013_ n _ 1954013
Al = 33,2 cm2 A2 = 4O,5 ση2 A3 = 52,3 cm2 A4 = 74 cm2 Al = 33.2 cm 2 A2 = 40.5 ση 2 A3 = 52.3 cm 2 A4 = 74 cm 2
Bei gleichen Annahmen und Berechnungen auf der gleichen Grundlage betragen die Teilflächen der oberen Heizplattenabschnitte :With the same assumptions and calculations on the same basis, the partial areas of the upper heating plate sections are :
A5 = 33,2 cm2 A6 = 40,5 cm2 A7 = 52,3 cm2 A8 = 74 cm2 A5 = 33.2 cm 2 A6 = 40.5 cm 2 A7 = 52.3 cm 2 A8 = 74 cm 2
Obwohl die Flächen A5 bis Ä8 gleich den Flächen Al bis A4 sind, ist das Heizelement 25B nicht gleich wie das Heizelement 25A ausgebildet, weil es erforderlich ist, nur ein Drittel der Heizenergie des Heizelements 25A zu erzeugen. Dies bedeutet, daß das Heizelement 25B nur zu einem Drittel zu dem Gesamttemperaturanstieg beiträgt, welcher durch das Heizelement 25A bewirkt wird.Although the areas A5 to Ä8 are equal to the areas A1 to A4, the heating element 25B is not formed the same as the heating element 25A because only one is required Generate third of the heating energy of the heating element 25A. This means that the heating element 25B is only one third contributes to the overall temperature rise caused by the heating element 25A.
Bei der maximalen Strömungsgeschwindigkeit durch den Blutwärmer IO benötigen die beiden unteren Heizelemente 25A und 26A etwa 23Ο Watt. Es ist jedoch erforderlich, entlang des Umfangs auftretende Wärmeverluste und mögliche Spannungsabfälle der elektrischen Spannungsquelle zu kompensieren. Bei einer praktischen Konstruktion erwiesen sich 450 Watt für die beiden Heizelemente 25A und 26A geeignet. Die beiden oberen Heizelemente 25B und 26B benötigen nur ein Drittel davon, also etwa 15Ο Watt. Diese Wärmeleistungen sind gleicher Weise auf die beiden Heizelementabschnitte jedes Paars verteilt. At the maximum flow rate through the blood warmer IO, the two lower heating elements require 25A and 26A about 23Ο watts. However, it is necessary to compensate for heat losses and possible voltage drops in the electrical voltage source that occur along the circumference. In a practical construction, 450 watts were found to be suitable for the two heating elements 25A and 26A. The two Upper heating elements 25B and 26B only need a third of this, i.e. about 15Ο watts. These heat outputs are the same Way distributed to the two heating element sections of each pair.
Die Unterteilung des Abschnitts 21A in vier Teilabschnitte Al bis A4 erfolgt aus praktischen Gründen und ist deshalb kein notwendiges Merkmal der Erfindung. Die Gesamtzahl von quer-The division of the section 21A into four subsections A1 to A4 is done for practical reasons and is therefore not necessary feature of the invention. The total number of transversal
009842/ 1029009842/1029
verlaufenden Teilabschnitten des Heizelementabschnitts 25A kann deshalb unterschiedlich gewählt werden. Beispielsweise kann es bei einer gegebenen Konstruktion wünschenswert sein, sechs Teilabschnitte für das Heizelement zu verwenden, welche von der Unterseite zur Oberseite des Heizplattenabschnitts eine sich vergrößernde Breite besitzen sollen. Entsprechend den obigen Gleichungen würden sich folgende Teilflächen ergeben:running subsections of the heating element section 25A can therefore be selected differently. For example in a given construction it may be desirable to use six sections for the heating element, which have an increasing width from the bottom to the top of the heating plate section should. According to the above equations, the following partial areas would result:
All =21,5 cm2
A12 =24,2 cm2
A13 = 28,0 cm2
A14 =33,3 cm2
A15 = 40,8 cm2
A16 =52,2 cm2 All = 21.5 cm 2
A12 = 24.2 cm 2
A13 = 28.0 cm2
A14 = 33.3 cm 2
A15 = 40.8 cm 2
A16 = 52.2 cm 2
Entsprechend den obigen Ausführungen ausgebildete Heizelemente 25A,25B,26A,26B besitzen eine zwischen dem unteren oder Einlaßende und dem oberen oder Auslaßende derart unterschiedliche Breite, daß die Wärmeerzeugung der beiden Heizplatten von dem Einlaßende zum Auslaßende allmählich proportional der abnehmenden Wärmeabsorption der Flüssigkeit abnimmt, die durch den Beutel 16 fließt. Diese wird durch die thermische Steuerung erreicht, insbesondere durch die Thermostate 31 und 33, selbst durch die Thermostat-Steuerung der Heizelemente entsprechend der Temperatur von nur einer Heizplatte. Eine verhältnismäßig genaue Steuerung ist möglich, weil die Gleichgewichtsbedingungen an entsprechenden Stellen der vorderen und hinteren Heizplatte praktisch identisch sind. Da der Beutel 16 mit einer Flüssigkeit gefüllt ist, ergibt sich ferner eine gute Wärmeübertragung durch den Beutel und die Flüssigkeit zwischen der vorderen und der hinteren Heizplatte.According to the above embodiments formed heating elements 25A, 25B, 26A, 26B have one between the lower or inlet end and the upper or outlet end so different width that the heat generation of the two heating plates from the inlet end to the outlet end gradually proportional to the decreasing heat absorption the liquid flowing through the bag 16 decreases. This is achieved through the thermal control, in particular by the thermostats 31 and 33, even by the thermostat control of the heating elements accordingly the temperature of just one heating plate. Relatively precise control is possible because of the equilibrium conditions are practically identical at corresponding points on the front and rear heating plates. Since the Bag 16 is filled with a liquid, there is also a good heat transfer through the bag and the liquid between the front and rear heating plates.
009842/ 1029009842/1029
- 13 - 1954010- 13 - 1954010
Wenn die Heizelemente der grundsätzlichen Beziehung entsprechend Gleichung (3) entsprechen, können die grundsätzlich gleichen Betriebseigenschaften auch bei einer Konstruktion erreicht werden, bei welcher die Querabsehnitte der Heizelemente in Teilabschnitten gleicher Größe angeordnet werden. Eine Konstruktion dieser Art ist in Fig.5 dargestellt, in welcher eine Heizplatte 121, untere und obere Abschnitte 121A und 121B mit Heizelementen 125A und 126A aufweist. Die Teilflächen A21 bis A28 der Heizplatte 121 haben alle die gleiche Größe und enthalten jeweils ein einziges Heizelement.If the heating elements correspond to the basic relationship according to equation (3), they can basically the same operating properties can also be achieved in a construction in which the transverse section the heating elements are arranged in sections of the same size. A construction of this kind is shown in Fig. 5, in which a heating plate 121, lower and upper sections 121A and 121B with heating elements 125A and 126A having. The partial areas A21 to A28 of the heating plate 121 are all the same size and each contain a single one Heating element.
Aus den Gleichungen (1) bis (3) kann berechnet werden, daß die Konstruktion entsprechend Fig. 5 dieselben Betriebseigenschaften wie die Konstruktion in Fig. 4 ergibt, wenn die Leistung der einzelnen Heizelementabschnitte entsprechend den folgenden Beziehungen bestimmt wird:From the equations (1) to (3), it can be calculated that the construction shown in FIG. 5 has the same operational characteristics as the construction in Fig. 4 results when the performance of the individual heating element sections accordingly is determined by the following relationships:
(6) Wl = 4,18 LSTl,(6) Wl = 4.18 LSTl,
W2 = 4,18 LST2, ...
Wn = 4,18 LSTn
undW2 = 4.18 LST2, ...
Wn = 4.18 LSTn
and
(7) Tl = ToM,(7) Tl = ToM,
T2 = (To - Tl) M, ...
Tn = (To - Tl - ... Tn- I)M wöbe iT2 = (To - Tl) M, ...
Tn = (To - Tl - ... Tn- I) M wöbe i
η = gesamte Anzahl von Abschnitten(8 in Fig. 5)η = total number of sections (8 in Fig. 5)
Tl ... Tn = Anstieg der Flussigkeitstemperatur in jedem SegmentTl ... Tn = increase in liquid temperature in each segment
L = Konstante für die Kompensation niedriger Leitungsspannungen und thermischer Verluste L = constant for the compensation of low line voltages and thermal losses
Wl ·.. Wn = Eingangsleistung jedes AbschnittsWl · .. Wn = input power of each section
-u ■ -2KPA -u ■ -2KPA
und wobei ~^~ and where ~ ^ ~
(8) M = 1 - e(8) M = 1 - e
Obwohl diese Konstruktion für praktische Zwecke gut geeignet ist, werden dazu unterschiedlich ausgebildete Heizelementabschnitte benötigt, weshalb eine größere AnzahlAlthough this construction is well suited for practical purposes, it is trained differently Heating element sections required, which is why a larger number
009842/1029009842/1029
von Einzelteilen als bei der Konstruktion entsprechend Fig.4 erforderlich ist.of individual parts than in the construction according to Fig. 4 is required.
Bei Anwendung der obenerwähnten Parameter auf die Konstruktion entsprechend Fig. 5 sind folgende Leistungen für die acht Heizelementabschnitte in den Plattenbereichen A21 bis A28 (Fig.4) erforderlich:When the above-mentioned parameters are applied to the construction according to FIG. 5, the performances are as follows required for the eight heating element sections in plate areas A21 to A28 (Fig. 4):
Es ist zu beachten, daß der Leistungsbedarf Wl bis W4 für die ersten vier Abschnitte (A21 bis A24) 45O Watt beträgt und daß der Leistungsbedarf W5 bis W8 für die nächsten vier Abschnitte (A25 bis A28) 150 Watt beträgt. Deshalb ist der Leistungsbedarf derselbe für die Konstruktion in Fig. 5 wie für diejenige in Fig.4, solange die grundsätzlichen Betriebsanforderungen unverändert bleiben. Es kann auch gezeigt werden, daß der Temperaturanstieg und die thermischen Bedingungen für die Heizplatten im wesentlichen dieselben für beide Heizelementkonstruktionen sind.It should be noted that the power requirement W1 to W4 for the first four sections (A21 to A24) is 450 watts and that the power requirement W5 to W8 for the next four sections (A25 to A28) is 150 watts. Therefore the power requirement is the same for the construction in Fig. 5 as for that in Fig. 4, as long as the basic Operational requirements remain unchanged. It can also be shown that the temperature rise and the thermal Conditions for the heating platens are essentially the same for both heating element designs.
Der Blutwärmer gemäß der Erfindung ist deswegen in zweckmäßiger Weise benutzbar- Der Beutel kann sehr schnell und leicht ausgewechselt werden, indem die Tür 14 geöffnet wird, der Beutel 16 entfernt und durch einen neuen Beutel ersetzt wird, wonach die Tür lediglich wieder zu schließen ist. Nur diese Maßnahmen sind erforderlich, um den Blutwärmer von einem Pumpsystem an ein anderes anzuschließen. Wenn irgendwelche Leckverluste aus dem Beutel auftreten oder auf irgendeine Weise eine Verunreinigung" erfolgt, sindThe blood warmer according to the invention can therefore be used in an expedient manner. The bag can be used very quickly and easily replaced by opening the door 14, removing the bag 16, and replacing it with a new bag is replaced, after which the door only has to be closed again. Only these measures are required to connect the blood warmer from one pump system to another. If there is any leakage from the bag or any contamination "has occurred
009842/1029009842/1029
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alle Heizoberflächen gut zugänglich, so daß eine einfache Reinigung erfolgen kann. Es ergeben sich deshalb in dieser Hinsicht keine Schwierigkeiten, was in einem Operationssaal von besonderer Bedeutung ist.all heating surfaces are easily accessible so that they can be cleaned easily. It therefore results in this Regarding no difficulties, which is of particular importance in an operating room.
Die erläuterte Anordnung der elektrischen Heizelemente ermöglicht, daß der Blutwärmer eine konstante Endtemperatur innerhalb eines großen Bereichs der Strömungsgeschwindigkeit ermöglicht. Das Auslegen der elektrischen Heizelemente entsprechend der Wärmeabsorption des Bluts oder einer sonstigen klinischen Flüssigkeit ermöglicht eine genaue thermische Steuerung, welche den Blutwärmer zu einer sehr zuverlässig arbeitenden Einrichtung macht, ohne daß dazu aufwendige Thermostat-Schaltungen oder sonstige aufwendige Steuerschaltungen erforderlich sind.The explained arrangement of the electrical heating elements enables the blood warmer to have a constant end temperature within a wide range of flow rates. Laying out the electrical heating elements accordingly the heat absorption of the blood or other clinical fluid enables an accurate thermal Control, which makes the blood warmer a very reliable device without the need for expensive Thermostat circuits or other complex control circuits are required.
PatentansprücheClaims
0098^2/ 10290098 ^ 2/1029
Claims (1)
T = ToDS
T = To
To = Plattentemperatur oberhalb der ursprünglichenTime
To = plate temperature above the original
S = maximale Strömungsgeschwindigkeit P = Verhältnis der effektiven KontaktflächeK = thermal conductivity of the bag A = contact surface of a plate D = thickness of the bag
S = maximum flow velocity P = ratio of the effective contact area
W2 = 4,18 LST2,
Wn = 4,18 LSTn
undWl = 4.18 LST 1,
W2 = 4.18 LST2,
Wn = 4.18 LSTn
and
-2KPAwhereby
-2KPA
- enDS
- e
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