EP2547386A2 - Vorrichtung zum erwärmen von strömenden fluiden sowie herstellungsverfahren - Google Patents

Vorrichtung zum erwärmen von strömenden fluiden sowie herstellungsverfahren

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Publication number
EP2547386A2
EP2547386A2 EP11719447A EP11719447A EP2547386A2 EP 2547386 A2 EP2547386 A2 EP 2547386A2 EP 11719447 A EP11719447 A EP 11719447A EP 11719447 A EP11719447 A EP 11719447A EP 2547386 A2 EP2547386 A2 EP 2547386A2
Authority
EP
European Patent Office
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fluid
heating element
surface heating
housing
fluid housing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11719447A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Balluff
Holger Teschner
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Barkey GmbH and Co KG
Original Assignee
Barkey GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
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Application filed by Barkey GmbH and Co KG filed Critical Barkey GmbH and Co KG
Publication of EP2547386A2 publication Critical patent/EP2547386A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61M5/44—Devices for bringing media into the body in a subcutaneous, intra-vascular or intramuscular way; Accessories therefor, e.g. filling or cleaning devices, arm-rests having means for cooling or heating the devices or media
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61M—DEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/10—Continuous-flow heaters, i.e. heaters in which heat is generated only while the water is flowing, e.g. with direct contact of the water with the heating medium
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • Y10T29/4998—Combined manufacture including applying or shaping of fluent material
    • Y10T29/49982—Coating

Definitions

  • the invention relates to a device for heating flowing fluids, in particular intravenous fluids, having a fluid housing containing at least one fluid channel, through which the fluid from an inlet of the fluid housing to an outlet thereof can be guided, with a heating unit containing at least one electric surface heating element for heating the fluid flowing through the fluid channel and having a temperature control unit containing at least one temperature sensor arranged on the surface heating element, that the surface heating element is disposed within the fluid housing, wherein the surface heating element at least partially forms a wall of the fluid channel.
  • the invention relates to a method for producing a ceremoniesnMapimplantations, which is used for heating of flowing fluids.
  • a device for heating of flowing fluids which has a fluid housing in which a fluid channel is formed, through which the fluid is passed from an inlet of the fluid housing to an outlet thereof.
  • a heating unit for heating the fluid conducted through the fluid housing, a heating unit is provided, which rests with an electric surface heating element on an outer side of the fluid channel or the fluid housing.
  • the surface heating element is designed as an electrical resistance heater, which encompasses a rigid printed circuit board, on whose flat side a metallic heating conductor runs.
  • This Schuleiterbahn runs - as the fluid channel - meandering; so that an improved heat transfer is ensured by covering the Schuleiterbahn and the fluid channel.
  • a device for heating of flowing fluids which provides a fluid housing with a serpentine (meandering) or spiral fluid channel extending from an end inlet of the fluid housing to an opposite end outlet of the fluid housing.
  • a heating unit are provided, which are arranged on opposite flat sides of the fluid housing.
  • electrical surface heating elements are arranged, which have a rigid printed circuit board on which Schuleiterbahnen are applied by means of photolithography.
  • Temperature sensors can furthermore be arranged on the circuit board for measuring the fluid temperature, so that in conjunction with a temperature control unit, the fluid temperature can be regulated to a predetermined temperature value.
  • a device for heating of flowing fluids in which a rigid surface heating element is arranged with a plurality of Bankleiterbahnen within a fluid housing.
  • ribs extending transversely to the direction of flow of the fluid are arranged so that a spiral-shaped fluid channel is formed between an inlet and an outlet of the fluid housing, in which the fluid is guided spirally around the surface heating element.
  • the surface heating element is arranged inside the fluid housing, heat can be transferred directly to the fluid flowing inside the fluid housing.
  • a disadvantage of the known device is that the fluid experiences a relatively large pressure drop within the fluid housing, which is undesirable in many cases.
  • Another disadvantage is that high shear forces act on the fluid and can settle in the relatively thin fluid channels gas bubbles that impede the flow.
  • Object of the present invention is to develop a device for heating of flowing fluids and a surface heating element such that in a simple way improves the heat input into the fluid housing and a homogeneous and efficient heating of the fluid is ensured.
  • the invention in conjunction with the preamble of claim 1, characterized in that extends between the inlet of the fluid housing and the outlet of the fluid housing at least one linear fluid channel.
  • an electric surface heating element is disposed within a fluid housing carrying the fluid and ensures direct heat introduction into the fluid.
  • the device according to the invention enables a homogeneous and efficient heating of the fluid.
  • the fact that the fluid channels extend linearly between an inlet and an outlet of the fluid housing, there is a relatively low pressure drop of the fluid or the shearing forces of the fluid are low. There is a slight damage to the fluid, in particular the mechanical hemolysis, which is particularly advantageous for dialysis applications with high flow rates.
  • the fluid channels are relatively short and wide between the inlet and the outlet of the fluid housing. A deflection of the fluid within the fluid housing is not required.
  • the surface heating element is designed as an interface which separates a first planar fluid channel from a second planar fluid channel.
  • Corresponding flat sides of the surface heating element at the same time form channel walls of the first planar fluid channel or of the second planar fluid channel.
  • the interface extends in an opening plane of the two fluid housing halves.
  • the fluid channels have a width that matches the width of the fluid housing halves.
  • the fluid channels generally extend parallel to an imaginary line connecting the inlet and the outlet.
  • a number of spacers are arranged on a surface heating element facing the inside of the fluid housing, where a corresponding flat side of the surface heating element comes to rest.
  • the spacers are arranged such that a flexible surface heating element is arranged substantially flat to form at least one flat fluid channel.
  • a defined planar fluid channel is thus created, which has a constant thickness.
  • the surface heating element is integrally connected to a contact strip, which extends outside of the fluid housing along a longitudinal side thereof.
  • the housing halves are preferably integrally connected with the inclusion of the surface heating element, wherein, for example, a sealing adhesive may be provided in the region of the contact strips.
  • a hermetically sealed fluid housing can thereby be created.
  • a cassette formed from the fluid housing and the surface heating element can be inserted in a slot of a control unit.
  • the contact rail is latchingly connected to corresponding contact elements of the control unit.
  • the fluid housing is arranged substantially outside of the control unit, so that it is visible from the outside. This can advantageously flow disturbances, such as the formation of gas bubbles, can be detected.
  • the slot of the control device is preferably arranged in the vertical direction, so that in the insertion position, the cassette is arranged upright and the fluid flows through the cassette in the vertical direction from bottom to top.
  • the flexible printed circuit board of the ceremoniesnbuildettis is formed as a plastic film on which the Edelleiterbahnen be applied by laminating and then structured by photolithography or by lasers.
  • the plastic film may for example be formed as a temperature-resistant polyimide film having a thickness in the range between 25 pm and 125 pm.
  • the Schuleiterbahnen are made of a biocompatible conductor material, such as aluminum material, aluminum alloy, gold material or a stainless steel material, so that a biocompatibility is given.
  • the heating conductors can also be made of a copper material or another resistor. terial, which is preferably coated with a biocompatible insulation layer.
  • At least one inside of the fluid housing is profiled in such a way that at least one fluid channel is formed which extends from a first end of the fluid housing having the inlet to a second end having the outlet of the fluid housing substantially along a main flow direction.
  • the substantially rectilinear course of the fluid channel in comparison to a meandering fluid channel allows substantially reduced damage to the fluid, which may be formed, for example, as blood, plasma or cell cultures.
  • the fluid is deflected only in the region of the inlet and the outlet, while it is guided in a substantially straight line in an intermediate region. A pressure drop of the fluid within the fluid housing is thus relatively low.
  • the rectilinear fluid channel structure according to the invention has a favorable effect.
  • the inlet and / or outlet of the fluid housing are located on a first side thereof, wherein an axis of the inlet or of the outlet extends perpendicular to the fluid channel. A deflection of the fluid flow thus takes place only in an inlet or outlet region of the fluid housing, while in a main region of the fluid housing a substantially rectilinear fluid flow is ensured.
  • At least one elongated rib is formed on an inner side of the fluid housing, which forms a partition between two adjacent fluid channels.
  • the fluid channel is determined only by the shape of the fluid housing, wherein a flat side of the surface heating element forms a wall of the fluid channel.
  • a fluid catalytic converter The surface heating element can act directly on the fluid flowing through the fluid channel.
  • a plurality of fluid channels are arranged next to one another, with a width of the fluid channels starting from the inlet and / or the outlet decreasing transversely to the main flow direction.
  • fluid channels disposed relatively close to the narrow side wall having the inlet and / or outlet have a larger cross-section than fluid channels disposed away from the same narrow side wall.
  • this ensures a flow velocity of the fluid through the fluid channels that is essentially the same across the fluid channels.
  • the duration of action on the fluid via the fluid channel distribution is also advantageous, so that homogeneous heating of the fluid is ensured.
  • the surface heating element in an intermediate layer spaced to a first inner side of the fluid housing and a second inner side of the same floating.
  • one end face of the surface heating element is fixedly connected to the fluid housing, while the remaining portion of the surface heating element is guided by the ribs of the fluid housing is guided substantially flat.
  • a ripple of the surface heating due to the fluid flow can thus be safely avoided.
  • the ribs are arranged in alignment with each other such that free end faces of the opposite ribs limit the surface heating element in its transverse movement and thus ensure a secure guidance of the flexible surface heating element.
  • the inlet and the outlet are arranged on a first side of the fluid housing and a fixedly connected to the surface heating element contact strip on a second side of the fluid housing.
  • the contact strip extends outside of the fluid housing and allows pluggable contacting of the surface heating element to a terminal strip of a control device.
  • the fluid housing can be inserted into a slot of a control device and mechanically and electrically connected to the control device via the contact strip.
  • the heating unit can thus be spent easy to use in an operating position or removed from an operating position. This is even more important when the heating unit is a disposable product with a limited life.
  • the surface heating element has on a flat side at least two different contacts associated Schumacherabitese, which are arranged one behind the other in the main flow direction.
  • different areas of the fluid channels can advantageously be heated differently in order to allow a heating regulation determined by the requirements.
  • provided with Edelleiterbahnen plastic film may be provided with a biocompatible protective layer which is temperature resistant and suitable to transfer the heat generated by the Schuleiterbahnen to the fluid.
  • the inside of the fluid housing may be formed profiled, so that there is a meandering or spiral fluid channel.
  • the surface heating element can be arranged flat.
  • the surface heating element can also be profiled, for example wave-shaped or zigzag-shaped, so that there is an increased heat transfer surface.
  • the transmitted heating power can thus be increased or the device constructed more compact.
  • a quotient of effective heat transfer surface of the surface heating element to a projected in a longitudinal center plane of the fluid housing surface of the surface element is greater than 1.
  • the heat transfer relative to the surface of the fluid housing can be substantially increased.
  • the surface heating element or the fluid channel may, for example, extend in a wave-shaped manner from the inlet to the outlet of the fluid housing, wherein preferably the width of the fluid housing is utilized approximately to the full extent.
  • the wavy configuration of the surface heating element with a relatively small bending radius allows a compact design of the device with a relatively high efficiency based on the surface of the fluid housing.
  • the surface heating element can optionally have or can be switched offêtn Technologiessegmente (Heizleiterabête), so that depending on the application, an elevated temperature or a lower temperature of the fluid can be controlled.
  • a number of temperature sensors are arranged on the flexible printed circuit board, so that an optimal temperature control of the fluid can take place.
  • a sensor unit for determining a flow velocity of the fluid can be arranged on the flexible printed circuit board, which further improves the control result.
  • a regulating the heating of the fluid control unit is arranged in a separate control device and electrically connected via contacts of the surface heating element.
  • a plurality of surface heating elements can be integrated in a fluid housing, with fluid channels extending between adjacent surface heating elements.
  • the surface heating elements or the fluid channels are thus arranged in the manner of a sandwich construction, which allows a compact design.
  • the surface heating elements can be controlled differently, so that different setpoint temperatures within the fluid housing can be set in a simple manner.
  • a defined offset of the arranged on two flat sides Edelleiterbahnen a ceremoniesnfilterettis is generated to ensure a homogeneous heat distribution in the main flow direction. An unwanted temperature accumulation can be safely avoided.
  • the electric surface heating element has a flexible printed circuit board, on the at least one flat side of which a metallic heating conductor track (resistance conductor track) for generating the heat is arranged.
  • the flexible printed circuit board can be arranged within the fluid housing so that a desired fluid channel structure is formed.
  • the flexible circuit board may be arranged on the inside on a wall of the fluid housing and / or between opposite inner sides of the fluid housing at a distance from the wall of the fluid housing.
  • the flexible circuit board can thus contribute to the shaping of the fluid channel, so that different fluid channel structures can be formed in a simple manner. In particular, a heat transfer factor based on a longitudinal extent of the fluid housing can be increased.
  • the flexible printed circuit board has a relatively low thermal capacity, which improves the temperature controllability. Due to the homogeneous temperature distribution in the surface heating element results in an increased heat input at low operating temperature of the surface heating element.
  • the Kirsen different flat sides of the ceremoniesncopy institutes in the Clearre- ckungsebene theassincopy institutes offset from each other, so that over the surface of the mecanicncopy institutes or the plastic film uniform heat is generated, which, however, is emitted to both sides.
  • this can be done a better and homogeneous heat input.
  • this causes an improved surface utilization of the plastic film with Schuleiterbahnen.
  • a development of the surface heating element a plurality of independently controllable heating conductor paths are arranged along the fluid channel in the flow direction of the fluid, so that a plurality of heating conductor sections are formed along the fluid channel.
  • the heat input by means of, for example, alternating and / or periodic driving of the different Schuleiterbahnabête done.
  • the predetermined heat input with a lower momentary current load of the Schuleiterbahnen done.
  • the method according to the invention is characterized in connection with the preamble of claim 24, by the following steps: applying an electrically conductive layer to one and / or two flat sides of a carrier to form a semi-finished product which is provided on a roll; sequentially patterning heating conductor tracks on roller sections of the semifinished product by means of lasers or by photolithographic means, while a roller section of the semifinished product is unwound from one roller and wound up on another roller; sequentially loading roll sections of the semifinished product with a number of sensor elements; Cutting the roll sections of the semi-finished product into a format of the surface heating elements while the roll is being unwound; Covering the surface heating elements with a biocompatible material and / or with an electrical insulating material and / or with a mechanical protective material and / or with a thermally conductive layer.
  • the particular advantage of the method according to the invention is that processing steps are provided which are applicable to a semifinished product provided as a roll.
  • the application of an electrically conductive layer on a carrier can be carried out by a roll-roller method, wherein on the one hand the flexible carrier and on the other hand, the electrically conductive layer each unrolled and connected, for example by lamination or glued together and then rolled up again to a semifinished product can be.
  • By winding and unwinding can sequentially structured on the semi-finished heating conductor or be fitted with a number of sensors it ⁇ follow.
  • the Format of the surface heating element are formed.
  • the covering or coating of the surface heating element with a biocompatible material and / or with an electrical insulating material and / or with a mechanical protective material and / or with a thermally conductive layer can be carried out prior to separation on the roll or after separation on the thus isolated surface heating elements ,
  • the method according to the invention enables cost-effective and reliable production of surface heating elements.
  • heating conductor tracks are structured on both sides of the semifinished product such that they are arranged in overlapping relation to one another or side by side in projection to the flexible carrier.
  • the staggered structuring can be carried out in a simple manner at the same time on both flat sides during the unrolling process of the semifinished product, the roller movement being stopped during the application of the processing step.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a device according to the invention according to a first embodiment with a fluid housing, within which an electric surface heating element is shown in dashed lines,
  • FIG. 2 shows an interior view of a half-part housing part of the fluid housing with guide walls projecting from an inside thereof for forming a fluid channel
  • FIG. 3 shows a section along the line III-III in Figure 1
  • FIG. 4 shows a longitudinal section corresponding to FIG. 3 through a device according to a second embodiment
  • FIG. 5 is a plan view of a device according to a third embodiment, wherein an electric surface heating element is formed segmented
  • FIG. 6 shows a partial section through a fluid housing with a plurality of
  • FIG. 7 shows a longitudinal section through a device according to the invention according to a further embodiment
  • FIG. 8 shows an exploded view of a fluid housing according to a further embodiment
  • FIG 9 is a plan view of a surface heating element, which is used in a fluid housing according to Figure 8,
  • FIG. 10 shows a bottom view of the surface heating element according to FIG. 9,
  • FIG. 1 1 shows a schematic cross section through the fluid housing with the sectional surface heating element according to section line XI-XI in FIG. 9,
  • FIG. 12a shows a schematic representation of a semifinished product provided on a roll, which is provided with a photosensitive layer and a mask, in a first working step
  • FIG. 12b shows a cross section of a detail from FIG. 12a of the semifinished product according to FIG.
  • FIG. 12c shows a cross section through the semifinished product according to FIG. 12b after an etching process
  • FIG. 12d shows a schematic cross section through the semifinished product according to FIG. 12c after removal of the photosensitive layer from the now exposed heating conductor tracks
  • FIG. 13 shows a schematic cross section through a cylindrical fluid housing with a spiral surface heating element
  • Figure 14 is a schematic cross section through a rectangular in cross-section
  • Fluid housing with spiral surface heating element a schematic plan view of an inventive device according to another embodiment with a fluid housing and a longitudinally projecting contact portion of a surface heating element,
  • FIG. 16 is a plan view of the surface heating element used in FIG. 15,
  • Figure 17 is a partial cross section through the fluid housing
  • Figure 18 is a schematic representation of the device according to the invention according to Figure 15 in a plug-in position, in which the contact portion of the surface heating element is arranged in a receiving slot of a control device.
  • a device according to the invention for heating of flowing fluids is preferably used for intravenous fluids (IV fluids).
  • the device according to the invention serves for heating flowing blood or an infusion liquid.
  • the device according to the invention allows heating of the liquid while flowing from a liquid storage to a person.
  • the device essentially comprises a fluid housing 1, a flexible electric heating unit 2 and a temperature control unit 3.
  • the heating unit 2 has a flexible electric surface heating element 4 for heating the fluid flowing through a fluid channel 5 of the device, which is positioned within the fluid housing 1.
  • the working as a resistance heating flexible electric surface heating element 4 is arranged substantially flat and in a middle position between a first inner side 6 and a second inner side 7 of the fluid housing 1.
  • the surface heating element 4 divides the relatively flat and rectangular fluid housing 1 into two halves, wherein a first fluid channel section 8 extends between the first inner side 6 and the surface heating element 4 and a second fluid channel section 9 between the second inner side 7 and the surface heating element 4, that in the flow direction
  • a spiral-shaped fluid channel 5 forms from an inlet 10 arranged at the end side of the fluid housing 1 to an outlet 11 arranged opposite the end face of the fluid housing 1.
  • the surface heating element 4 preferably lies centrally between the first Inner side 6 and the second inner side 7 is arranged, the first fluid channel sections 8 and the second Fluidkanalabschnit- te 9, each extending on both sides of a longitudinal center plane L of the fluid housing 1, an equal cross-section.
  • the surface heating element 4 is in each case at the edges of guide walls 12 of one of the two trough-shaped housing halves 13, 13 'of the fluid housing 1 and is thus stabilizingly mounted between the housing halves 13 and 13' of the fluid housing 1.
  • the fluid channel 5 is thus substantially rectangular in cross section formed, wherein a surface of theinstitunheizelements 4 a first side wall 14, the inner side 6 and 7 of the housing halves 13, 13 'form an opposite second side wall 15, by the integrally formed with the housing halves 13, 13' and formed as a third side wall guide walls 12 are connected to each other.
  • the housing halves 13, 13 ' are thus formed profiled on the inside.
  • the surface heating element 4 has twomaschine istszonne 16 which protrude the front side of the fluid housing 1 to the outside, so that the surface heating element 4 can be contacted with an electrical voltage source.
  • the surface heating element 4 has a flexible printed circuit board 19, on the two flat sides 17, a metallic Schuleiterbahn 18 is applied.
  • the flexible printed circuit board 19 is preferably formed as a plastic film, for example as a polyimide film, which may have a thickness of 25 pm to 100 pm.
  • the heating conductors 18 may be applied to the plastic film by lamination or photolithography by etching or by screen printing.
  • a metal-laminated plastic film may be provided, on which the heating conductor tracks are formed photolithographically.
  • the plastic film may consist of an elastomer (silicone rubber film) or thermoplastic material.
  • the plastic film serving as the carrier layer can consist of a polyimide (Kapton), polyester or preferably transparent myolar.
  • the heating conductor can consist of an aluminum material or aluminum alloy, gold or stainless steel material, so that a direct contact with the fluid is made biocompatible.
  • the heating conductor can also consist of a copper material, wherein at least this is provided with a further biocompatible protective layer to prevent a toxicological effect of the copper.
  • the Schuleiterbahnen of a resistive material or resistive alloy for example, copper alloy, copper-nickel alloy (Konstantan), etc., exist.
  • the temperature control unit 3 may be arranged according to a variant of the invention on the flexible printed circuit board 19. It consists on the one hand of a control unit 20, which includes a microprocessor or a microcontroller. Furthermore, it comprises a plurality of temperature sensors, wherein a first temperature sensor 21 in the region of the inlet 10, a second temperature sensor 22 in the region of the outlet 11 and a third temperature sensor 23 for determining an excess temperature at any point of the printed circuit board 19 is arranged. Optionally, only the two Temperature sensors 21, 22 may be provided.
  • the circuit board 19 may be equipped with a sensor, not shown, for determining a flow rate of the fluid.
  • the temperature control of the heating thus takes place substantially within the fluid housing 1, wherein only via the Kunststofftechnikszungen 16 is given an electrical connection to an external voltage source.
  • the fluid housing 1 may also be designed as a cassette intended for single use, wherein on the flexible printed circuit board 19, only the temperature sensors or the flow rate sensor is arranged.
  • the flow rate can also be carried out by evaluating the measured values provided by the temperature sensors. As a result, at least the information can be determined whether the fluid flows or does not flow.
  • the control unit 20 for temperature control is located outside of the fluid housing 1, wherein correspondingly formed Kunststofftechnikszungen 16 allow electrical connection to the arranged on the flexible circuit board 19 sensors.
  • a fluid housing 31 not only a fluid housing 31 but also a surface heating element 34 integrated in it can be profiled.
  • Inner sides 36, 37 of the fluid housing 31 and the surface heating element 34 are wave-shaped, so that the fluid after entry into the fluid housing 31 at the inlet 10 alternately between two opposite outer flat sides 32 of the fluid housing 31 in the direction of the opposite outlet 1 1 is promoted.
  • the wave-shaped fluid passage 35 thus formed has a length which is greater by a multiple than a length of the extending between the inlet 10 and the outlet 1 1 the flat side 32 of the fluid housing thereby 31 is advantageously a comparatively ⁇ as improved heat transfer from the surface heating 34 allows in the fluid.
  • the surface heating element 34 is formed relatively thin, so that it allows a relatively compact design.
  • the wavy surface heating element 34 has a relatively small bending radius at the respective tips.
  • the ratio of the total area of the surface heating element 34 in comparison to the area of the surface heating element 34 projected onto the longitudinal center plane L of the fluid housing 1 is greater than 1.
  • An area fraction of the surface heating element 34 which extends transversely to the fluid housing 31 or transversely to the surface heating element 34 is Thus, larger than a surface portion which extends along the fluid housing 31 and surface heating element 34.
  • only the surface heating element can be formed profiled, while inner sides of the fluid housing are substantially planar.
  • the surface heating element and / or inner sides of the fluid housing may also be arranged in a zigzag shape. It is essential that the fluid undergoes a change in direction transversely to the longitudinal center plane L and / or in the direction of the longitudinal center plane L.
  • a surface heating element 44 can have a number of surface heating segments 45, 45 'which can optionally be switched on and / or off, so that, depending on the application or the required heating power, some or all of the heating conductor paths 18 be energized.
  • a first legislativenterrorismsegment 45 have a first Schuleiterbahn 46 which extends on a relative to a transverse center plane Q of the fluid housing 41 first side of the printed circuit board 19 and which can be supplied via a firstmaschineticianszunge 43 with electrical voltage.
  • the secondmonynitzsegment 45 'with a second Schuleiterbahn 46 * is arranged, which is powered by a secondmaschinetechnikszunge 43. Since the fluid channel - as in the first embodiment according to the figures 1 to 3 extends helically around the surface heating element 44, also can when operating only a singleinstitunitzsegmentes 45, 45 'to ensure uniform heating of the fluid.
  • the fluid housing is transparent.
  • a fluid housing V can be designed in sandwich construction, wherein alternately a layer of surface heating elements 4, 4 ', 4 "and fluid channels 5 are arranged transversely to the longitudinal extent of the fluid housing a layered construction, wherein fluid channel layers 5 and surface heating element layers 4 ', 4 ", 4"' are arranged alternately, wherein the heating element layers 4 ', 4 ", 4"' may optionally be equipped with temperature sensors 3, a plurality of layers of area heating elements 4 ', 4 ", 4'” are provided, between which the layers of fluid channels 5 extend.
  • the orientation of the fluid channels 5 can be oriented in and / or across the inlet 10 or outlet 11 of the fluid housing 1 be arranged.
  • two layers of fluid channels can also be arranged between two layers of surface heating elements.
  • a first layer of legislativenfilter instituten a first layer of fluid channels is arranged, wherein the fluid flows in a first direction.
  • Adjacent to this first layer of fluid channels is a second layer of fluid channels through which fluid flows in an opposite second direction.
  • the inlet 10 and the outlet 11 may also be arranged on a common end face of a fluid housing 51.
  • the fluid channel 5 can split at the inlet 10 into two partial fluid channels 5.1, 5.2, which are separated from one another by means of a surface heating element 54 '.
  • the fluid flow is reversed or deflected via at least two partial fluid channels 5.3, 5.4, which are separated by another surface heating element 54 " 11.
  • a partition wall 55 is arranged, which optionally can be designed as a surface heating element. 54 "are preferably flat. Alternatively, they can also be arranged undulating in the flow direction.
  • more than two partial fluid channels may be provided in one direction.
  • the devices according to the invention advantageously allow a direct heat-conducting connection of the surface heating element with the fluid in a working state of the device. It is understood that the features mentioned above can be used individually or in combination in any combination. The described embodiments are not to be understood as exhaustive enumeration, but rather have exemplary character for the description of the invention.
  • a fluid housing 51 and a flexible area heating element 52 designed as a heating unit are provided, the area heating element 52 essentially being arranged between an upper housing half 51 'of the fluid housing 51 and a lower housing Case half 51 "of the same ben is arranged.
  • the upper housing half 51' and the lower housing half 51" each have a half-shell-shaped at a first end 53 and at an opposite second end 54 Stub neck 55 and 56 to form an inlet 57 and outlet 58 for the fluid in the assembled state.
  • the inlet 57 and the outlet 58 are thus formed on a first narrow side wall 59 (first side) of the fluid housing 51, wherein they protrude laterally from the first end 53 and second end 54 of the fluid housing 51.
  • the upper housing half 51 'and the lower housing half 51 each have a plurality of elongated ribs 60 and 61, which are integrally formed on an inner side 62 and 63 of the housing half 51' and 51".
  • the ribs 60, 61 are each formed elongated. In the present embodiment, seven ribs 60, 61 are provided, which form a partition for fluid channels 64, 64 ', 64 "and thus define a profile of the fluid channels 64, 64', 64".
  • the ribs 60, 61 are substantially rectilinear and extend from the first end 53 to the second end 54 of the fluid housing 51.
  • Upper and lower fluid channels 64, 64 ', 64' are aligned with each other, with the surface heater 52 separating the upper and lower fluid channels 64, 64 ', 64 "in an intermediate plane between the upper half 50' and the lower half 51". Free end faces of opposite ribs 60 of the upper half of the housing 51 'and ribs 61 of the lower half of the housing 51 "delimit the surface heating element 52 in a line section 65.
  • the surface heating element 52 is floatingly mounted between the upper half of the housing 51' and the lower half of the housing 51"
  • Surface heating element 52 is mechanically fastened on one end face thereof to the upper housing half 51 'and / or the lower housing half 51 "
  • the opposite ribs 60, 61 guide the surface heating element 52 in the preferably middle intermediate layer and prevent the flexible surface heating element 52 from swelling due to the fluid flow .
  • the surface heating element 52 is formed as a flexible printed circuit board and has a Schuleiterbahnabêt 66 and an edge-side contact strip 67.
  • the contact strip 67 is arranged on a second narrow side wall 59 '(second side) of the surface heating element 52.
  • the Schumacherabites 66 is disposed within the Fluidgephaseu- 51, while the integrally connected to the Bankleiterbahnabrough 66 contact strip 67 is disposed outside of the fluid housing 51 and for mechanical and / or electrical contact with a terminal block, not shown, which is disposed within a slot of a control device is.
  • the surface heating element 52 has a number of electrically conductive heating conductor paths 70 on a first flat side 68 and on a second flat side 69, respectively.
  • the first flat side 68 and the second flat side 69 have two heat conductor regions 71, 72, which are arranged one behind the other in a main flow direction 73 of the fluid.
  • the first heat conductor region 71 has a first heat conductor trace 70 and covers substantially a first half (first heat conductor region 71) of the first flat side 68 or 69, wherein only the line sections 65 are exposed to bear the ribs 60, 61.
  • the heating conductor 70 of the first heating conductor region 71 leads to the contacts K1, K2 of the contact strip.
  • Schuleiterbahnen 70 'of the second Schuleiter Kunststoffes 72 lead to contacts K3, K4 of the contact strip 67th
  • connection 74 for a first temperature sensor in the region of the outlet 58 a connection 75 for a second temperature sensor, and in the region of end faces 76 of the surface heating element 52, a connection 77 for a further sensor and in a direction of the contact strip 67 towards an area a connection 78 for another sensor.
  • the further sensors can be designed as temperature sensors for determining an overtemperature or the like. They are like the temperature sensors at the terminals 74, 75, 76, 77, 78 contacted by preferably soldering. Another sensor may be formed, for example, as a flow rate sensor.
  • a further sensor may be designed as a fluid sensor, which during an initialization run during commissioning of the surface heating element 52 the presence or absence of a liquid in the fluid housing 51 is determined.
  • the ribs 60, 61 are curved in the end in the direction of the neck approaches 55 and 56, respectively. They form a bypass section, which at the first end 53 of the fluid housing 51 causes the fluid flowing to a center axis A of the fluid housing 51 to deflect in the main flow direction 73 or from the main flow direction 73 into an outlet 58 perpendicular to the center axis A.
  • an inlet collecting point 79 is formed, from which the fluid passages 64, 64 ', 64 "in the main flow direction 73 extend substantially rectilinearly, on an opposite side, namely at the second end 54 an outlet collecting point 80 is provided for the fluid, in which it collects from the fluid channels 64, 64 ', 64 "coming in direction reversal - as at the first end 53 of the fluid housing 51 - 90 ° to the outlet 58 is supplied.
  • An axis of the inlet 57 and an axis of the outlet 58 thus extend substantially perpendicular to the fluid channels 64, 64 ', 64 "or perpendicular to the main flow direction 73.
  • a width b, b ', b "of the fluid channels 64, 64', 64” is substantially constant in the main flow direction 73.
  • the width b, b ⁇ b "of the fluid channels 64, 64 ', 64" decreases from the first narrow side wall 59, at which the inlet 57 and the outlet 58 are located, in the direction of the contact strip 67.
  • one of the first narrow side wall 59 facing first fluid channel 64 is formed relatively wide with its width b.
  • Two adjacent fluid channels 64 ' have half the width b'.
  • Further fluid channels 64 ", which extend adjacent to one another up to the contact strip 67, have a comparatively reduced width b".
  • the heating conductor tracks extend substantially perpendicular to the main flow direction 73, so that the transverse direction Q runs essentially parallel to the main flow direction 73.
  • two Schuttingbahnabitese or two heating circuits are arranged on each flat side 68, 69 of the ceremoniesnfiliatas 52, which can be connected via different contacts K with a temperature control unit.
  • the temperature control unit is located externally in a control unit.
  • the heating circuits 66 may, for example, be connected in series or in parallel, which reduces the regulatory effort.
  • a rigid surface heating element may be formed with a rigid printed circuit board.
  • a base material for example, phenolic resin, epoxy resin could be used, which is optionally reinforced with paper or glass fiber fabric.
  • the flexible support 81 a polyimide film (for example, Kapton) having a thickness of between 12 ⁇ m and 125 ⁇ m is used.
  • a metal foil 82 (copper foil) is applied to the two flat sides of the carrier 81, preferably by gluing or laminating.
  • the metal foil 82 is applied to the carrier 81 from roller R1 to roller R2, wherein after application of the metal foil 82 to the carrier 81, a semifinished product wound on a roll R1, R2 is provided.
  • the metal layer can also be applied by rolling or electroplating or by sputtering onto the plastic carrier film.
  • a photosensitive layer 83 photoresist
  • the application takes place continuously during the unwinding of the semifinished product from the roll R1 and the winding thereof onto the roll R2.
  • a light source L is used to expose the photosensitive layer 83 through a mask M1, M2, which determines the later course of the heating conductor tracks 70, 70 '.
  • the exposure under the mask M1, M2 thus forms a masking of the photosensitive layer 83.
  • the development of the photosensitive layer 83 according to FIG. 12b takes place, wherein the photosensitive layer 83 is retained only in the regions in which the heating conductors 70, 70 'run.
  • the metal layer 82 can then be removed by etching in the areas between the resulting resist 83, see Figure 12c. Thereafter, in a further step, the photosensitive layer 83 is removed, in particular by rinsing, cleaning and subsequent drying, see FIG. 12d.
  • the structuring of the heating conductor tracks 70, 70 'can also be effected by means of lasers.
  • a solder paste can be applied to the terminals 74, 75, 76, 77, 78, so that the sensor elements are equipped by subsequent soldering (for example reflow soldering or by means of infrared radiation).
  • the abovementioned working steps can take place in the form of a roll-roll method, wherein the semi-finished product is unrolled from one roll R1 to the other roll R2 or vice versa. Only for carrying out the work step, the roller movement is stopped for a short time.
  • a cutting of roll sections 84 of the semifinished product is carried out, each of which contains a surface heating element 52. This can be done for example by a laser.
  • the cut and stocked semi-finished products can be provided with an additional protective layer of biocompatible material and / or electrical insulation material and / or mechanical protection material and / or with a thermally conductive layer.
  • the surface heating element 52 can now be connected with the same between the housing halves 51 'and 51 "with the same to form the heating unit. 2
  • the Schuleiterbahnen 70, 70 'of the flat sides 68, 69 may be arranged in projection on the extension plane E of the carrier 81 instead of side by side overlapping each other.
  • gases or any liquids can be used, for example, blood, plasma or infusions as medical or human or animal fluids, alternatively also cell cultures, which are used in laboratory technology.
  • cell cultures which are used in laboratory technology.
  • water or other liquids used in food technology can also be used.
  • the surface heating element 52 may also be provided only on a flat side 68 with Bankleiterbahnen.
  • the heating conductor track-free flat side is then preferably flat on an inner side of a housing half of the fluid housing 51.
  • the carrier 81 (carrier film) may also be coated with a thermally conductive full-surface layer, so that the temperature distribution over the surface of the surface heating element 52 is very homogeneous.
  • the surface heating element 52 is preferably provided with a fluid sensor, during an initialization run during commissioning of the sensor, heating unit or the surface heating element 52 or be detected at another appropriate time, whether a fluid or a liquid is in the system. As a result, for example, a plausibility check take place, which signals the operational readiness of the heating unit. During the initialization run, manufacturing tolerances of the resistance trace or the like can also be determined.
  • a capacitor may be used whose capacitance changes due to the changing dielectric constant depending on the humidity. The capacitor may preferably be formed by etching the metal layer 82, like the heating conductors.
  • the fluid sensor can be used in addition to the detection of the level also for detecting the flow or gas bubble detection.
  • a cylindrical fluid housing 91 in which a surface heating element 92 is arranged spirally wound.
  • the surface heating element 92 which is formed rectangular in the blank, is arranged wound transversely to a fluid id 93, wherein annular fluid channels 94 are formed, which are arranged in the fluid direction 93 parallel to each other.
  • annular fluid channels 94 are formed, which are arranged in the fluid direction 93 parallel to each other.
  • At an upstream end side of the fluid housing 91 is an inlet 95 and at a downstream end side of the fluid housing 91 is an outlet 96 for the fluid.
  • a contact strip 97 projects from the interior of the fluid housing 91 for contacting the heating conductor path applied to the surface heating element 92 with corresponding connections leading to a control device.
  • a rectangular or square fluid housing 101 may be provided, in which a surface heating element 102 is wound in a substantially angular manner to form parallel fluid channels 103, which are also substantially rectilinearly from an upstream end side of the fluid housing 101 lead to a downstream end side of the same. Also located is an inlet 104 in the rich of an upstream end face of the fluid housing 101 and an outlet 105 at a downstream end face of the fluid housing 101.
  • a contact strip 106 is located - as in the previous embodiment - on a narrow side of the fluid housing 101.
  • the fluid channels 103 are not annular, but rectangular or square formed.
  • the carrier 81 may also be designed as a rigid carrier.
  • At least one sensor for determining parameters of patient-related body fluids may be arranged on the flexible or rigid printed circuit board.
  • the sensor for determining the oxygen content or the oxygen saturation serve in the blood of the patient.
  • the device has a multiple function.
  • a fluid of predetermined temperature can be provided by means of the temperature sensor.
  • a therapeutic method can be monitored at the same time, for example in the case of a blood purification method (dialysis) in the case of kidney failure or other organ failure of the patient.
  • a fluid housing 1 1 1 is provided, in which a surface heating element 1 12 containing preferably meander-shaped heating conductors 113, 113 'is arranged.
  • the surface heating element 112 is integrally connected to a contact strip 114, which is arranged on a longitudinal side of the fluid housing 11 1 1 1 outside thereof.
  • the fluid housing 111 consists of two fluid housing halves, each having a plurality of spacers 116 on an inner side.
  • the spacers 16 are designed as spacer webs projecting from the inside, which are arranged distributed on the inside so that the surface heating element 112 is positioned substantially flat in an opening plane of the fluid housing halves.
  • both flat sides of the surface heating element 112 each form a planar fluid channel, wherein between a first inner side 117 'of the fluid housing 111 and the first fluid half 111' and a first flat side 118 'of the ceremonincopyettis 1 12 a first planar fluid channel 119' on the one hand and between a second inner side 117 "of the fluid housing 111 or 111" and a second flat side 118 "of the surface heating element 1 12, a second planar fluid channel 119" on the other hand is formed.
  • two planar fluid channels 119 ', 119 " which offer a relatively large flow space or low flow resistance, are symmetrically formed relative to a longitudinal center plane of the fluid housing 1 1 1.
  • the fluid entering at a first end face 120 of the fluid housing 111 via an inlet 121 flows in the first planar fluid channel 119 'and in the second planar fluid channel 119 ", in which it is passed under slight change in flow direction substantially in the longitudinal extension of the fluid housing 1 or straight to an opposite second end face 122, where it through the outlet 123 is returned to a transmission line.
  • the fluid is conducted along a flow direction F, which runs parallel to the longitudinal extension of the fluid housing 11.
  • the spacers 116 may also be punctiform or formed as elongated webs.
  • a length of the fluid housing 1 11 formed between the inlet 121 and the outlet 123 is greater than the width predetermined between the spacing of the two opposite longitudinal sides 115.
  • the surface heating element 112 has meandering heating conductors 113, 113 'on both flat sides 118', 118 ', which are shown by way of example for a flat side in Figure 16.
  • the heating conductors 113, 113' preferably run in the flow direction F or parallel to the longitudinal edges 115 of the fluid housing on both sides of a transverse center plane Q of the surface heating element 1 12, wherein the contact strip 114 facing ends of the Edelleiterbahnen 113, 113 'directly with contacts 124 of the contact strip 1 14 and opposite ends of the Schuleiterbahn 113, 113' over in the transverse plane Q extending rectilinear tracks 125th with appropriate contacts
  • only a single first temperature sensor 126 is on the first end side 120
  • a second temperature sensor 127 on the opposite second end side 122 and one in the transverse center plane
  • a third temperature sensor 28 for determining an excess temperature is arranged only on the first flat side 118 '
  • the third temperature sensor 128 for determining the excess temperature may be arranged at the edge in the region of the second end face 122, preferably at a location in which the highest
  • even further temperature sensors can be applied, which are arranged as close as possible to the conductor track in order to register the temperature quickly.
  • the fluid housing halves 111 'and 111 are connected to one another in a material-locking manner, for example by gluing or ultrasonic welding or by injection molding. that of the housing halves 111 ', 111 "via a sealing adhesive directly on the component formed by the surface heating element 112 and the contact strip 1 4.
  • the third temperature sensor 128 should be arranged to determine the excess temperature.
  • a cassette 129 formed from the fluid housing 11, the surface heating element 12 and the contact strip 114 can be arranged in a preferably vertically extending receiving slot 130 of a control device 131.
  • the control unit 131 has a housing 140 in which a control unit 141 for controlling or regulating the fluid heating, a monitor 142 and a power supply unit 143 (power supply unit) are arranged.
  • the receiving slot 130 preferably has resilient contact elements into which the contact strip 114 engages with the contacts 124 in a set position latching. In the insertion position, the cassette 129 is thus mechanically and electrically connected via this latching connection with the control unit 141. While the contact strip 14 is concealed in the receiving slot 130 of the housing 140, the fluid housing 11 1 is arranged with the surface heating element 112 outside the housing 140 and visible from the outside, so that any changes in the consistency of the fluid or in the flow characteristics can be seen.
  • the heating conductors 113 of the first flat side 1 18 'of themonynfilettis 112 in the extension plane of themonyncopyettis 1 12 or in the flow direction F of the fluid offset from the Schuleiterbahnen 1 13 of the second flat side 118 "of themonynheizelements 112 are arranged so that they do not overlap and allow a homogeneous heat input to both fluid channels 119 ', 119 ".
  • sensors for detecting the fill level or the flow rate can also be arranged within the fluid housing 111.
  • the ceremoniesnheizelement 112 is formed as a flexible explicatnheizelement having a substrate on which Schuleiterbahnen 113, 1 13 'are applied, for example by etching or printing or the like.
  • the surface heating element 112 is coated with a biocompatible material.
  • the circuit board of the surface heating element is always provided with an electrical insulation layer, which is preferably formed biocompatible.
  • the surface heating element 112 may also be attached to an inner side of the fluid housing 1 1 1. In this case, forms within the fluid housing 1 11 only a single fluid channel.
  • the flexible printed circuit board may also be formed as a so-called "rigid-flex" printed circuit board, which is connected to a rigidly formed contact strip.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden, insbesondere von intravenösen Fluiden, mit einem Fluidgehäuse enthaltend mindestens einen Fluidkanal, durch den das Fluid von einem Einlass des Fluidgehäuses zu einem Auslass desselben führbar ist, mit einer Erwärmungseinheit enthaltend mindestens ein elektrisches Flächenheizelement zum Erwärmen des durch den Fluidkanal strömenden Fluids und mit einer Temperaturregelungseinheit enthaltend mindestens einen an dem Flächenheizelement angeordneten Temperatursensor, dass das Flächenheizelement innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet ist, wobei das Flächenheizelement zumindest teilweise eine Wandung des Fluidkanals bildet, wobei sich zwischen dem Einlass des Fluidgehäuses und dem Auslass des Fluidgehäuses mindestens ein linearer Fluidkanal erstreckt.

Description

Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden
sowie Herstellungsverfahren
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden, insbesondere von intravenösen Fluiden, mit einem Fluidgehäuse enthaltend mindestens einen Fluidkanal, durch den das Fluid von einem Einlass des Fluidgehäuses zu einem Auslass desselben führbar ist, mit einer Erwärmungseinheit enthaltend mindestens ein elektrisches Flächenheizelement zum Erwärmen des durch den Fluidkanal strömenden Fluids und mit einer Temperaturregelungseinheit enthaltend mindestens einen an dem Flächenheizelement angeordneten Temperatursensor, dass das Flächenheizelement innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet ist, wobei das Flächenheizelement zumindest teilweise eine Wandung des Fluidkanals bildet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes, das zur Erwärmung von strömenden Fluiden verwendet wird.
Aus der DE 198 28 923 B4 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden bekannt, die ein Fluidgehäuse aufweist, in dem ein Fluidkanal ausgeformt ist, durch den das Fluid von einem Einlass des Fluidgehäuses zu einem Auslass desselben geleitet wird. Zur Erwärmung des durch das Fluidgehäuse geleiteten Fluids ist eine Erwärmungseinheit vorgesehen, die mit einem elektrischen Flächenheizelement an einer Außenseite des Fluidkanals bzw. des Fluidgehäuses anliegt. Das Flächenheizelement ist als eine elektrische Widerstandsheizung ausgebildet, die eine starre Leiterplatte um- fasst, auf deren einen Flachseite eine metallische Heizleiterbahn verläuft. Diese Heizleiterbahn verläuft - wie der Fluidkanal - mäanderförmig; so dass durch Überdeckung der Heizleiterbahn und des Fluidkanals ein verbesserter Wärmeübertrag gewährleistet ist. Aus der WO 2005/027578 A1 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden bekannt, die ein Fluidgehäuse mit einem serpentinenförmigen (mäanderförmigen) oder spiralförmigen Fluidkanal vorsieht, der sich von einem stirnseitigen Einlass des Fluidgehäuses zu einem gegenüberliegenden stirnseitigen Auslass des Fluidgehäuses erstreckt. Als Erwärmungseinheit sind Wärmeleitplatten vorgesehen, die an gegenüberliegenden Flachseiten des Fluidgehäuses angeordnet sind. Innerhalb der Wärmeleitplatten sind jeweils elektrische Flächenheizelemente angeordnet, die eine starre Leiterplatte aufweisen, auf denen Heizleiterbahnen mittels Fotolitografie aufgebracht sind. Auf der Leiterplatte können weiterhin Temperatursensoren angeordnet sein zum Messen der Fluidtemperatur, so dass in Verbindung mit einer Temperaturregelungseinheit die Fluidtemperatur auf einen vorgegebenen Temperaturwert geregelt werden kann.
Aus der WO 2010/011087 A2 ist eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden bekannt, bei der innerhalb eines Fluidgehäuses ein starres Flächenheizelement mit einer Mehrzahl von Heizleiterbahnen angeordnet ist. An Innenseiten des Fluidgehäuses sind quer zur Einströmrichtung des Fluids verlaufende Rippen angeordnet, so dass sich zwischen einem Einlass und einem Auslass des Fluidgehäuses ein spiralförmiger Fluidkanal ausbildet, bei dem das Fluid spiralförmig um das Flächenheizelement herum geleitet wird. Dadurch, dass das Flächenheizelement innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet ist, kann zwar Wärme direkt zu dem innerhalb des Fluidgehäuses strömenden Fluids verbracht werden. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist jedoch, dass das Fluid innerhalb des Fluidgehäuses einen relativ großen Druckabfall erfährt, was in vielen Fällen unerwünscht ist. Nachteilig ist ferner, dass hohe Scherkräften auf das Fluid wirken und sich in den relativ dünnen Fluidkanälen Gasblasen absetzen können, die die Strömung behindern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden und ein Flächenheizelement derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise der Wärmeeintrag in das Fluidgehäuse verbessert und eine homogene und effiziente Erwärmung des Fluids gewährleistet ist. Zur Lösung der Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Einlass des Fluidgehäuses und dem Auslass des Fluidgehäuses mindestens ein linearer Fluidkanal erstreckt.
Nach der Erfindung ist ein elektrisches Flächenheizelement innerhalb eines das Fluid führenden Fluidgehäuses angeordnet und gewährleistet eine direkte Wärmeeinleitung in das Fluid. Vorteilhaft ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung eine homogene und effiziente Erwärmung des Fluids. Dadurch, dass die Fluidkanäle sich linear zwischen einem Einlass und einem Auslass des Fluidgehäuses erstrecken, erfolgt ein relativ geringer Druckabfall des Fluids bzw. sind die Scherkräfte des Fluids gering. Es erfolgt eine geringe Schädigung des Fluids, insbesondere die mechanische Hämolyse, was sich insbesondere vorteilhaft für Dialyseanwendungen mit hohen Durchflussmengen auswirkt. Die Fluidkanäle sind relativ kurz und breit zwischen dem Einlass und dem Auslass des Fluidgehäuses. Eine Umlenkung des Fluids innerhalb des Fluidgehäuses ist nicht erforderlich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Flächenheizelement als eine Grenzfläche ausgebildet, die einen ersten flächigen Fluidkanal von einem zweiten flächigen Fluidkanal trennt. Entsprechende Flachseiten des Flächenheizelementes bilden zugleich Kanalwände des ersten flächigen Fluidkanals bzw. des zweiten flächigen Fluidkanals. Vorzugsweise erstreckt sich die Grenzfläche in einer Öffnungsebene der beiden Fluidgehäusehälften. Vorteilhaft wird dem Fluid während des Aufheizens ein relativ großer Strömungsraum zur Verfügung gestellt, ohne dass große Druckabfälle entstehen können. Vorzugsweise weisen die Fluidkanäle eine Breite auf, die mit der Breite der Fluidgehäusehälften übereinstimmt. Die Fluidkanäle erstrecken sich in der Regel parallel zu einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem Einlass und dem Auslass.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist auf einer dem Flächenheizelement zugewandten Innenseite des Fluidgehäuses eine Anzahl von Abstandhalter angeordnet, an denen eine entsprechende Flachseite des Flächenheizelementes zur Anlage kommt. Vorzugsweise sind die Abstandhalter derart angeordnet, dass ein flexibles Flächenheizelement im Wesentlichen eben unter Ausbildung mindestens eines flächigen Fluid- kanals angeordnet ist. Vorteilhaft wird somit ein definierter flächiger Fluidkanal geschaffen, der eine konstante Dicke aufweist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Flächenheizelement einstückig mit einer Kontaktleiste verbunden, die sich außerhalb des Fluidgehäuses entlang einer Längsseite desselben erstreckt. Die Gehäusehälften sind vorzugsweise unter Einschluss des Flächenheizelementes stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei im Bereich der Kontaktleisten beispielsweise ein Dichtungskleber vorgesehen sein kann. Vorteilhaft kann hierdurch ein hermetisch abgeschlossenes Fluidgehäuse geschaffen werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine aus dem Fluidgehäuse und dem Flächenheizelement gebildete Kassette in einen Schlitz eines Steuergerätes einsteckbar ausgebildet. In der Einsteckposition ist die Kontaktschiene rastend mit korrespondierenden Kontaktelementen des Steuergerätes verbunden. Das Fluidgehäuse ist im Wesentlichen außerhalb des Steuergerätes angeordnet, so dass es von außen sichtbar ist. Vorteilhaft können hierdurch Strömungsstörungen, wie beispielsweise das Bilden von Gasblasen, erkannt werden. Zur Ableitung von Gasblasen ist der Schlitz des Steuergerätes vorzugsweise in vertikaler Richtung angeordnet, so dass in der Einsteckposition die Kassette aufrecht angeordnet ist und das Fluid die Kassette in vertikaler Richtung von unten nach oben durchströmt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die flexible Leiterplatte des Flächenheizelementes als eine Kunststofffolie ausgebildet, auf der die Heizleiterbahnen durch Auflami- nieren aufgebracht und dann fotolitografisch oder durch Lasern strukturiert sind. Die Kunststofffolie kann beispielsweise als eine temperaturbelastbare Polyimidfolie ausgebildet sein, die eine Dicke im Bereich zwischen 25 pm und 125 pm aufweist. Vorzugsweise sind die Heizleiterbahnen aus einem biokompatiblen Leitermaterial, beispielsweise Aluminiummaterial, Aluminiumlegierung, Goldmaterial oder aus einem Edelstahlmaterial ausgebildet, so dass eine Bioverträglichkeit gegeben ist. Alternativ können die Heizleiterbahnen auch aus einem Kupfermaterial oder einem anderen Widerstandsma- terial bestehen, welches vorzugsweise mit einem biokompatiblen Isolationsschicht beschichtet ist.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eine Innenseite des Fluidgehäuses derart profiliert ausgebildet, dass mindestens ein Fluidkanal gebildet ist, der sich von einem den Einlass aufweisenden ersten Ende des Fluidgehäuses zu einen den Auslass des Fluidgehäuses aufweisenden zweiten Ende im Wesentlichen entlang einer Hauptströmungsrichtung erstreckt. Vorteilhaft ermöglicht der im Wesentlichen geradlinige Verlauf des Fluidkanals im Vergleich zu einem mäanderförmigen Fluidkanal eine wesentlich verringerte Schädigung des Fluids, das beispielsweise als Blut, Plasma oder Zellkulturen ausgebildet sein kann. Das Fluid wird lediglich im Bereich des Einlasses und des Auslasses umgelenkt, während es in einem dazwischen liegenden Bereich im Wesentlichen geradlinig geführt wird. Ein Druckabfall des Fluids innerhalb des Fluidgehäuses ist somit relativ gering. Es erfolgt eine Fluidführung, wobei eine relativ geringe mechanische Einwirkung auf das Fluid eintritt. Es ergibt sich eine relativ homogene Fluidströmung mit geringen Strömungsgradienten. Insbesondere hinsichtlich des Vorliegens von Scherkräften wirkt sich die erfindungsgemäße geradlinige Fluidka- nalstruktur günstig aus.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung befinden sich der Einlass und/oder Auslass des Fluidgehäuses an einer ersten Seite desselben, wobei eine Achse des Einlasses bzw. des Auslasses senkrecht zu dem Fluidkanal verläuft. Eine Umlenkung der Fluidströmung erfolgt somit lediglich in einem Einlass- bzw. Auslassbereich des Fluidgehäuses, während in einem Hauptbereich des Fluidgehäuses eine im Wesentlichen geradlinige Fluidströmung gewährleistet ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist an einer Innenseite des Fluidgehäuses mindestens eine langgestreckte Rippe angeformt, die eine Trennwand bildet zwischen zwei benachbarten Fluidkanälen. Vorteilhaft ist der Fluidkanal lediglich durch die Formgebung des Fluidgehäuses bestimmt, wobei eine Flachseite des Flächenheizelementes eine Wandung des Fluidkanals bildet. Vorteilhaft kann auf einfache Weise ein Fluidka- nal gebildet werden, wobei das Flächenheizelement direkt auf das durch den Fluidkanal strömende Fluid einwirken kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind mehrere Fluidkanale nebeneinander angeordnet, wobei eine Breite der Fluidkanale ausgehend von dem Einlass und/oder dem Auslass quer zur Hauptströmungsrichtung abnimmt. Somit weisen Fluidkanale, die relativ nah an der den Einlass und/oder Auslass aufweisenden schmalen Seitenwandung angeordnet sind, einen größeren Querschnitt auf, als von derselben schmalen Seitenwand entfernt angeordnete Fluidkanäle. Vorteilhaft wird hierdurch eine über die Fluidkanale verteilt im Wesentlichen gleiche Strömungsgeschwindigkeit des Fluids durch die Fluidkanäle gewährleistet. Vorteilhaft ist auch die Einwirkdauer auf das Fluid über die Fluidkanalverteilung gleich, so dass eine homogene Erwärmung des Fluids gewährleistet ist. Dadurch, dass mehrere Fluidkanäle nebeneinander und/oder parallel zueinander angeordnet sind, wird eine Redundanz geschaffen, die trotz Verstopfen eines der Fluidkanäle eine Weiternutzung der Erwärmungsvorrichtung ermöglicht. Insbesondere wird hierdurch auch eine Entlüftung des Fluidgehäuses erleichtert, wenn sich beispielsweise beim Inbetriebnehmen der Erwärmungseinheit Gasblasen innerhalb des Fluidkanals bilden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Flächenheizelement in einer Zwischenlage beabstandet zu einer ersten Innenseite des Fluidgehäuses und einer zweiten Innenseite desselben schwimmend gelagert. Beispielsweise ist eine Stirnseite des Flächenheizelementes fest mit dem Fluidgehäuse verbunden, während der restliche Abschnitt des Flächenheizelementes durch die Rippen des Fluidgehäuses geführt im Wesentlichen flächig angeordnet ist. Ein Aufwellen des Flächenheizelementes infolge der Fluidströmung kann somit sicher vermieden werden. An der ersten Innenseite und der zweiten Innenseite des Fluidgehäuses sind die Rippen derart fluchtend zueinander angeordnet, dass freie Stirnseiten der gegenüberliegenden Rippen das Flächenheizelement in seiner Querbewegung begrenzen und somit eine sichere Führung des flexiblen Flächenheizelementes gewährleisten. Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind der Einlass und der Auslass an einer ersten Seite des Fluidgehäuses und eine fest mit dem Flächenheizelement verbundene Kontaktleiste auf einer zweiten Seite des Fluidgehäuses angeordnet. Die Kontaktleiste erstreckt sich außerhalb des Fluidgehäuses und ermöglicht eine steckbare Kontaktie- rung des Flächenheizelementes an einer Anschlussleiste eines Regelgerätes. Beispielsweise kann das Fluidgehäuse in einen Schlitz eines Regelgerätes eingeschoben und über die Kontaktleiste mechanisch und elektrisch mit dem Regelgerät verbunden werden. Die Erwärmungseinheit kann somit bedienungsfreundlich in eine Betriebsstellung verbracht bzw. aus einer Betriebsstellung entnommen werden. Dies ist umso wichtiger, wenn es sich bei der Erwärmungseinheit um ein Wegwerfprodukt mit einer begrenzten Lebensdauer handelt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist das Flächenheizelement auf einer Flachseite mindestens zwei unterschiedlichen Kontakten zugeordnete Heizleiterabschnitte auf, die in Hauptströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Vorteilhaft können hierdurch gezielt unterschiedliche Bereiche der Fluidkanäle unterschiedlich beheizt werden, um eine von den Anforderungen bestimmte Heizregelung zu ermöglichen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann die mit Heizleiterbahnen versehene Kunststofffolie mit einer biokompatiblen Schutzschicht versehen sein, die temperaturbeständig und geeignet ist, die von den Heizleiterbahnen erzeugte Wärme an das Fluid zu übertragen.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Innenseite des Fluidgehäuses profiliert ausgebildet sein, so dass sich ein mäanderförmiger oder spiralförmiger Fluidkanal ergibt. Das Flächenheizelement kann eben angeordnet sein. Alternativ kann das Flächenheizelement auch profiliert, beispielsweise wellenförmig oder zick- zackförmig ausgebildet sein, so dass eine erhöhte Wärmeübertragungsfläche vorliegt. Die übertragene Heizleistung kann somit erhöht bzw. die Vorrichtung kompakter aufgebaut sein. Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein Quotient aus wirksamer Wärmeübertragungsfläche des Flächenheizelementes zu einer in einer Längsmittelebene des Fluid- gehäuses projizierten Fläche des Flächenelementes größer als 1. Vorteilhaft kann hierdurch der Wärmeübertrag bezogen auf die Fläche des Fluidgehäuses wesentlich vergrößert werden. Das Flächenheizelement bzw. der Fluidkanal kann sich beispielsweise wellenförmig von dem Einlass zu dem Auslass des Fluidgehäuses erstrecken, wobei vorzugsweise die Breite des Fluidgehäuses annähernd voll ausgenutzt wird. Die wellenförmige Ausgestaltung des Flächenheizelementes mit einem relativ kleinen Biegeradius ermöglicht eine kompakte Bauweise der Vorrichtung mit einem relativ hohen Wirkungsgrad bezogen auf die Fläche des Fluidgehäuses.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Flächenheizelement wahlweise zu- oder abschaltbare Flächenheizsegmente (Heizleiterabschnitte) aufweisen, so dass in Abhängigkeit von dem Anwendungsfall eine erhöhte Temperatur oder eine niedrigere Temperatur des Fluids geregelt werden kann.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist auf der flexiblen Leiterplatte eine Anzahl von Temperatursensoren angeordnet, so dass eine optimale Temperaturregelung des Fluids erfolgen kann. Gegebenenfalls kann auf der flexiblen Leiterplatte eine Sensoreinheit zur Ermittlung einer Fließgeschwindigkeit des Fluids angeordnet sein, was das Regelungsergebnis weiter verbessert. Vorzugsweise ist eine die Erwärmung des Fluids einstellende Regeleinheit in einem gesonderten Regelgerät angeordnet und über Kontakte des Flächenheizelementes mit demselben elektrisch verbunden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung können mehrere Flächenheizelemente in einem Fluidgehäuse integriert angeordnet sein, wobei zwischen benachbarten Flächenheizelementen Fluidkanäle verlaufen. Die Flächenheizelemente bzw. die Fluidkanäle sind somit nach Art einer Sandwichbauweise angeordnet, die eine kompakte Bauform ermöglicht. Beispielsweise können die Flächenheizelemente unterschiedlich angesteuert werden, so dass auf einfache Weise unterschiedliche Solltemperaturen innerhalb des Fluidgehäuses eingestellt werden können. Vorzugsweise wird ein definierter Versatz der zu beiden Flachseiten angeordneten Heizleiterbahnen eines Flächenheizelementes erzeugt, um eine homogene Wärmeverteilung in Hauptströmungsrichtung zu gewährleisten. Ein unerwünschter Temperaturstau kann dadurch sicher vermieden werden.
Zur Lösung der Aufgabe weist das Flächenheizelement die Merkmale des Patentanspruchs 20 auf.
Das elektrische Flächenheizelement weist eine flexible Leiterplatte auf, an dessen mindestens einer Flachseite eine metallische Heizleiterbahn (Widerstandsleiterbahn) zur Erzeugung der Wärme angeordnet ist. Vorteilhaft kann die flexible Leiterplatte so innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet sein, dass eine gewünschte Fluidkanalstruktur gebildet ist. Die flexible Leiterplatte kann innenseitig an einer Wandung des Fluidgehäuses und/oder zwischen gegenüberliegenden Innenseiten des Fluidgehäuses in einem Abstand zu der Wandung des Fluidgehäuses angeordnet sein. Die flexible Leiterplatte kann somit zur Formgebung des Fluidkanals beitragen, so dass auf einfache Weise unterschiedliche Fluidkanalstrukturen gebildet werden können. Insbesondere kann ein Wärmeübertragungsfaktor bezogen auf eine Längserstreckung des Fluidgehäuses vergrößert werden.
Vorteilhaft weist die flexible Leiterplatte eine relativ geringe thermische Kapazität auf, was die Temperaturregelbarkeit verbessert. Aufgrund der homogenen Temperaturverteilung in dem Flächenheizelement ergibt sich ein erhöhter Wärmeeintrag bei geringer Arbeitstemperatur des Flächenheizelementes. .
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des Flächenheizelementes sind die Heizleiterbahnen unterschiedlicher Flachseiten des Flächenheizelementes in der Erstre- ckungsebene des Flächenheizelementes versetzt zueinander angeordnet, so dass über die Fläche des Flächenheizelementes bzw. der Kunststofffolie eine gleichmäßige Wärme erzeugt wird, die jedoch zu beiden Seiten hin abgestrahlt wird. Vorteilhaft kann hierdurch ein besserer und homogener Wärmeeintrag erfolgen. Vorteilhaft wird hierdurch eine verbesserte Flächenausnutzung der Kunststofffolie mit Heizleiterbahnen bewirkt. Nach einer Weiterbildung des Flächenheizelementes sind in Strömungsrichtung des Fluids mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Heizleiterbahnen entlang des Fluidkanals angeordnet, so dass entlang des Fluidkanals eine Mehrzahl von Heizleiterabschnitten gebildet wird. Hierdurch kann der Wärmeeintrag mittels beispielsweise wechselweises und/oder periodisches Ansteuern der unterschiedlichen Heizleiterbahnabschnitte erfolgen. Vorteilhaft kann der vorgegebene Wärmeintrag mit einer geringeren momentanen Strombelastung der Heizleiterbahnen erfolgen.
Zur Lösung der Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 24 gekennzeichnet, durch folgende Schritte: Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf eine und/oder zwei Flachseiten eines Trägers zur Bildung eines Halbzeugs, das auf einer Rolle bereitgestellt wird; sequentielles Strukturieren von Heizleiterbahnen auf Rollenabschnitten des Halbzeugs durch Lasern oder durch fotolitografische Mittel, während ein Rollenabschnitt des Halbzeugs von einer Rolle abgewickelt und auf einer weiteren Rolle aufgewickelt wird; sequentielles Bestücken von Rollenabschnitten des Halbzeugs mit einer Anzahl von Sensorelementen; Zuschneiden der Rollenabschnitte des Halbzeugs zu einem Format der Flächenheizelemente, während die Rolle abgewickelt wird; Bedecken der Flächenheizelemente mit einem biokompatiblen Material und/oder einer mit einem elektrischen Isoliermaterial und/oder mit einem mechanischen Schutzmaterial und/oder mit einer thermisch leitfähigen Schicht.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass Bearbeitungsschritte vorgesehen sind, die auf ein als Rolle bereitgestelltes Halbzeug anwendbar sind. Das Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf einen Träger kann durch ein Rolle-Rolle-Verfahren erfolgen, wobei zum einen der flexible Träger und zum anderen die elektrisch leitende Schicht jeweils abgerollt und beispielsweise durch Kaschierung bzw. Klebung miteinander verbunden und dann wieder zu einem Halbzeug aufgerollt werden können. Durch Ab- und Aufrollen können sequentiell an dem Halbzeug Heizleiterbahnen strukturiert bzw. eine Bestückung mit einer Anzahl von Sensoren er¬ folgen. Abschließend kann durch Trennen von Rollenabschnitten des Halbzeugs das Format des Flächenheizelementes gebildet werden. Das Bedecken bzw. Beschichten des Flächenheizelementes mit einem biokompatiblen Material und/oder mit einem elektrischen Isoliermaterial und/oder mit einem mechanischen Schutzmaterial und/oder mit einer thermisch leitfähigen Schicht kann vor Trennen auf der Rolle oder nach dem Trennen auf die so vereinzelten Flächenheizelemente durchgeführt werden. Vorteilhaft ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine kostengünstige und sichere Herstellung von Flächenheizelementen.
Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Heizleiterbahnen zu beiden Seiten des Halbzeugs derart strukturiert, dass sie in Projektion zu dem flexiblen Träger überlappend zueinander oder nebeneinander angeordnet sind. Die versetzte Strukturierung kann auf einfache Weise gleichzeitig zu beiden Flachseiten während des Abrollvorganges des Halbzeugs erfolgen, wobei die Rollenbewegung während des An- wendens des Bearbeitungsschrittes gestoppt ist.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen. Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer ersten Ausführungsform mit einem Fluidgehäuse, innerhalb dessen ein elektrisches Flächenheizelement gestrichelt dargestellt angeordnet ist,
Figur 2 eine Innenansicht eines hälftigen Gehäuseteils des Fluidgehäuses mit von einer Innenseite desselben abragenden Führungswandungen zur Ausbildung eines Fluidkanals,
Figur 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Figur 1 , Figur 4 einen Längsschnitt entsprechend Figur 3 durch eine Vorrichtung nach einer zweiten Ausführungsform,
Figur 5 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung nach einer dritten Ausführungsform, wobei ein elektrisches Flächenheizelement segmentiert ausgebildet ist,
Figur 6 einen teilweisen Schnitt durch ein Fluidgehäuse mit einer Mehrzahl von
Flächenheizelementen in Sandwichbauweise,
Figur 7 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform,
Figur 8 eine Explosionsdarstellung eines Fluidgehäuses nach einer weiteren Ausführungsform,
Figur 9 eine Draufsicht auf ein Flächenheizelement, das in einem Fluidgehäuse gemäß Figur 8 eingesetzt ist,
Figur 10 eine Untersicht des Flächenheizelementes gemäß Figur 9,
Figur 1 1 einen schematischen Querschnitt durch das Fluidgehäuse mit dem geschnittenen Flächenheizelement gemäß Schnittlinie Xl-Xl in Figur 9,
Figur 12a eine schematische Darstellung eines auf einer Rolle bereitgestellten Halbzeugs, das mit einer fotoempfindlichen Schicht und einer Maskierung versehen ist, in einem ersten Arbeitsschritt,
Figur 12b einen Querschnitt einer Einzelheit aus Figur 12a des Halbzeugs nach
Entwicklung der fotoempfindlichen Schicht,
Figur 12c einen Querschnitt durch das Halbzeug gemäß Figur 12b nach einem Ätzvorgang, Figur 12d einen schematischen Querschnitt durch das Halbzeug gemäß Figur 12c nach Entfernen der fotoempfindlichen Schicht von den nun freigelegten Heizleiterbahnen
Figur 13 einen schematischen Querschnitt durch ein zylinderförmiges Fluidgehäuse mit einem spiralförmigen Flächenheizelement,
Figur 14 einen schematischen Querschnitt durch ein im Querschnitt rechteckiges
Fluidgehäuse mit spiralförmigen Flächenheizelement, eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform mit einem Fluidgehäuse und einem längsseitig abragenden Kontaktabschnitt eines Flächenheizelementes,
Figur 16 eine Draufsicht auf das in Figur 15 eingesetzte Flächenheizelement,
Figur 17 einen teilweisen Querschnitt durch das Fluidgehäuse und
Figur 18 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 15 in einer Einsteckposition, in der der Kontaktabschnitt des Flächenheizelementes in einem Aufnahmeschlitz eines Steuergerätes angeordnet ist.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden wird vorzugsweise für intravenöse Fluide (IV-Fluide) eingesetzt. Beispielsweise dient die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Blut oder einer Infusionsflüssigkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht ein Erwärmen der Flüssigkeit, während sie von einem Flüssigkeitsspeicher zu einer Person fließt. Nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung im Wesentlichen ein Fluidgehäuse 1 , eine flexible elektrische Erwärmungseinheit 2 sowie eine Temperaturregelungseinheit 3 auf.
Die Erwärmungseinheit 2 weist ein flexibles elektrisches Flächenheizelement 4 zum Erwärmen des durch einen Fluidkanal 5 der Vorrichtung strömenden Fluids auf, das innerhalb des Fluidgehäuses 1 positioniert ist. Das als Widerstandsheizung arbeitende flexible elektrische Flächenheizelement 4 ist im Wesentlichen eben und in einer mittleren Lage zwischen einer ersten Innenseite 6 und einer zweiten Innenseite 7 des Fluidgehäuses 1 angeordnet. Das Flächenheizelement 4 teilt das relativ flache und rechteck- förmige Fluidgehäuse 1 in zwei Hälften, wobei zwischen der ersten Innenseite 6 und dem Flächenheizelement 4 ein erster Fluidkanalabschnitt 8 und zwischen der zweiten Innenseite 7 und dem Flächenheizelement 4 ein zweiter Fluidkanalabschnitt 9 verläuft, die in Fließrichtung alternierend von dem Fluid durchströmt werden, siehe Richtungsanzeigen in Figur 3. Es bildet sich somit ein spiralförmiger Fluidkanal 5 von einem stirnseitig des Fluidgehäuses 1 angeordneten Einlass 10 zu einem gegenüberliegenden stirnseitig des Fluidgehäuses 1 angeordneten Auslass 11. Da das Flächenheizelement 4 vorzugsweise mittig zwischen der ersten Innenseite 6 und der zweiten Innenseite 7 angeordnet ist, sind die ersten Fluidkanalabschnitte 8 und die zweiten Fluidkanalabschnit- te 9, die sich jeweils zu beiden Seiten einer Längsmittelebene L des Fluidgehäuses 1 erstrecken, einen gleichgroßen Querschnitt auf.
Das Flächenheizelement 4 liegt jeweils an Rändern von Führungswandungen 12 von einem der beiden wannenförmigen Gehäusehälften 13, 13' des Fluidgehäuses 1 an und ist somit stabilisierend gelagert zwischen den Gehäusehälften 13 und 13' des Fluidgehäuses 1. Der Fluidkanal 5 ist im Querschnitt somit im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet, wobei eine Oberfläche des Flächenheizelements 4 eine erste Seitenwandung 14, die Innenseite 6 bzw. 7 der Gehäusehälften 13, 13' eine gegenüberliegende zweite Seitenwandung 15 bilden, die durch die einstückig mit den Gehäusehälften 13, 13' verbundenen und als dritte Seitenwandung ausgebildete Führungswandungen 12 miteinander verbunden sind. Die Gehäusehälften 13, 13' sind somit innenseitig profiliert ausgebildet. Das Flächenheizelement 4 weist zwei Kontaktierungszungen 16 auf, die stirnseitig des Fluidgehäuses 1 nach außen abstehen, so dass das Flächenheizelement 4 mit einer elektrischen Spannungsquelle kontaktiert werden kann.
Das Flächenheizelement 4 weist eine flexible Leiterplatte 19 auf, auf dessen beiden Flachseiten 17 eine metallische Heizleiterbahn 18 aufgebracht ist. Die flexible Leiterplatte 19 ist vorzugsweise als Kunststofffolie, beispielsweise als Polyimidfolie ausgebildet, die eine Dicke von 25 pm bis 100 pm aufweisen kann. Die Heizleiterbahnen 18 können durch Auflaminieren oder fotolitografisch durch Ätzen oder durch Siebdrucken auf die Kunststofffolie aufgebracht sein. Insbesondere kann eine Metall laminierte Kunststofffolie vorgesehen sein, auf der die Heizleiterbahnen fotolitografisch ausgebildet sind. Die Kunststofffolie kann aus einem Elastomer- (Silikongummifolie) oder Thermoplastmaterial bestehen. Beispielsweise kann die als Trägerschicht dienende Kunststofffolie aus einem Polyimid (Kapton), Polyester oder vorzugsweise transparenten My- lar bestehen. Nach einer ersten Variante der Erfindung kann die Heizleiterbahn aus einem Aluminiummaterial bzw. Aluminiumlegierung, Gold- oder Edelstahlmaterial bestehen, so dass eine direkte Kontaktierung mit dem Fluid biokompatibel ermöglicht wird. Nach einer alternativen Variante kann die Heizleiterbahn auch aus einem Kupfermaterial bestehen, wobei zumindest diese mit einer weiteren biokompatiblen Schutzschicht versehen ist, um eine toxikologische Wirkung des Kupfers zu verhindern. Alternativ können die Heizleiterbahnen aus einem Widerstands-Material bzw. Widerstands- Legierung, beispielsweise Kupfer-Legierung, Kupfel-Nickel-Legierung (Konstantan) etc., bestehen.
Die Temperaturregelungseinheit 3 kann nach einer Variante der Erfindung auf der flexiblen Leiterplatte 19 angeordnet sein. Sie besteht zum einen aus einer Regeleinheit 20, die einen Mikroprozessor bzw. einen MikroController umfasst. Ferner umfasst sie mehrere Temperatursensoren, wobei ein erster Temperatursensor 21 im Bereich des Einlasses 10, ein zweiter Temperatursensor 22 im Bereich des Auslasses 1 1 und ein dritter Temperatursensor 23 zur Ermittlung einer Übertemperatur an einer beliebigen Stelle der Leiterplatte 19 angeordnet ist. Gegebenenfalls können auch lediglich die zwei Temperatursensoren 21 , 22 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann die Leiterplatte 19 mit einem nicht dargestellten Sensor zur Ermittlung einer Fließgeschwindigkeit des Fluids bestückt sein. Die Temperaturregelung der Erwärmung erfolgt somit im Wesentlichen innerhalb des Fluidgehäuses 1 , wobei lediglich über die Kontaktierungszungen 16 eine elektrische Verbindung zu einer externen Spannungsquelle gegeben ist. Durch Sterilisieren des Fluidgehäuses 1 bzw. des Flächenheizelementes 4 ist eine Mehrfachnutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gewährleistet.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann das Fluidgehäuse 1 auch als eine zum einmaligen Gebrauch bestimmte Kassette ausgebildet sein, wobei auf der flexiblen Leiterplatte 19 lediglich die Temperatursensoren bzw. der Fließgeschwindigkeitssensor angeordnet ist. Alternativ kann die Fließgeschwindigkeit auch durch Auswertung der von den Temperatursensoren bereitgestellten Messwerte erfolgen. Hierdurch ist zumindest die Information ermittelbar, ob das Fluid fließt oder nicht fließt. Die Regeleinheit 20 zur Temperaturregelung befindet sich außerhalb des Fluidgehäuses 1 , wobei entsprechend ausgebildete Kontaktierungszungen 16 eine elektrische Verbindung zu den auf der flexiblen Leiterplatte 19 angeordneten Sensoren ermöglichen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß der Figur 4 kann im Unterschied zu der beschriebenen ersten Ausführungsform nicht nur ein Fluidgehäuse 31 , sondern auch ein in dasselbe integrierte Flächenheizelement 34 profiliert ausgebildet sein. Innenseiten 36, 37 des Fluidgehäuses 31 sowie das Flächenheizelement 34 sind wellenförmig geformt, so dass das Fluid nach Eintritt in das Fluidgehäuse 31 am Einlass 10 alternierend zwischen zwei gegenüberliegenden äußeren Flachseiten 32 des Fluidgehäuses 31 in Richtung des gegenüberliegenden Auslasses 1 1 gefördert wird. Der so gebildete wellenförmige Fluidkanal 35 weist eine Länge auf, die um ein Vielfaches größer ist als eine Länge der sich zwischen dem Einlass 10 und dem Auslass 1 1 erstreckenden Flachseite 32 des Fluidgehäuses 31. Vorteilhaft wird hierdurch ein vergleichs¬ weise verbesserter Wärmeübergang von dem Flächenheizelement 34 in das Fluid ermöglicht. Vorzugsweise ist das Flächenheizelement 34 relativ dünn ausgebildet, so dass es eine relativ kompakte Bauweise ermöglicht. Das wellenförmige Flächenheiz- element 34 weist einen relativ kleinen Biegeradius an den jeweiligen Spitzen auf. Das Verhältnis der Gesamtfläche des Flächenheizelementes 34 im Vergleich zu der auf die Längsmittelebene L des Fluidgehäuses 1 projizierten Fläche des Flächenheizelementes 34 ist größer als 1. Ein Flächenanteil des Flächenheizelementes 34, der sich quer zu dem Fluidgehäuse 31 bzw. quer zum Flächenheizelement 34 erstreckt, ist somit größer als ein Flächenabschnitt, der sich längs des Fluidgehäuses 31 bzw. Flächenheizelementes 34 erstreckt.
Gleiche Bauteile bzw. Bauteilfunktionen der genannten Ausführungsbeispiele sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen.
Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann auch lediglich das Flächenheizelement profiliert ausgebildet sein, während Innenseiten des Fluidgehäuses im Wesentlichen eben verlaufen.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Flächenheizelement und/oder Innenseiten des Fluidgehäuses auch zickzackförmig angeordnet sein. Wesentlich ist, dass das Fluid eine Richtungsänderung quer zur Längsmittelebene L und/oder in Richtung der Längsmittelebene L erfährt.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 5 kann ein Flächenheizelement 44 eine Anzahl von wahlweise zu- und/oder abschaltbaren Flächenheiz- segmenten 45, 45' aufweisen, so dass in Abhängigkeit von der Anwendung bzw. der erforderlichen Heizleistung ein Teil oder alle Heizleiterbahnen 18 bestromt werden. Beispielsweise kann ein erstes Flächenheizsegment 45 eine erste Heizleiterbahn 46 aufweisen, die sich auf einer bezüglich einer Quermittelebene Q des Fluidgehäuses 41 ersten Seite der Leiterplatte 19 erstreckt und die über eine erste Kontaktierungszunge 43 mit elektrischer Spannung versorgbar ist. Auf einer gegenüberliegenden zweiten Seite bezüglich der Quermittelebene Q ist das zweite Flächenheizsegment 45' mit einer zweiten Heizleiterbahn 46* angeordnet, die über eine zweite Kontaktierungszunge 43 bestrombar ist. Da der Fluidkanal - wie nach der ersten Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3 schraubenförmig um das Flächenheizelement 44 verläuft, kann auch bei Betrieb lediglich eines einzigen Flächenheizsegmentes 45, 45' eine gleichmäßige Erwärmung des Fluids gewährleistet sein.
Vorzugsweise ist das Fluidgehäuse transparent ausgebildet.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung gemäß der Figur 6 kann ein Fluidgehäuse V in Sandwichbauweise ausgeführt sein, wobei quer zur Längserstreckung des Flu- idgehäuses alternierend eine Lage von Flächen heizelementen 4, 4', 4" und Fluidkanälen 5 angeordnet sind. Es ergibt sich somit ein geschichteter Aufbau, wobei alternierend Fluidkanalschichten 5 und Flächenheizelementschichten 4', 4", 4"' angeordnet sind. Die Heizelementschichten 4', 4", 4"' können gegebenenfalls mit Temperatursensoren bestückt sein. Im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 1 bis 3 sind somit mehrere Lagen von Flächenheizelementen 4', 4", 4'" vorgesehen, zwischen denen sich die Lagen von Fluidkanälen 5 erstrecken. Die Orientierung der Fluidkanäle 5 kann in und/oder quer zum Einlass 10 bzw. Auslass 11 des Fluidgehäuses 1 orientiert angeordnet sein.
Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß Figur 6 zwischen zwei Lagen von Flächenheizelementen auch zwei Lagen von Fluidkanälen angeordnet sein. Unmittelbar anschließend zu einer ersten Lage von Flächenheizelementen ist eine erste Lage von Fluidkanälen angeordnet, wobei das Fluid in eine erste Richtung strömt. Benachbart zu dieser ersten Lage von Fluidkanälen ist eine zweite Lage von Fluidkanälen angeordnet, durch die Fluid in eine entgegensetzte zweite Richtung strömt. Es ergibt sich somit ein Querschnittsaufbau des Fluidgehäuses, der der Ausführungsform gemäß Figur 6 entspricht, wobei die Flächenheizelementschicht 4' weggelassen ist, so dass die entgegengesetzt durchflossenen Lagen von Fluidkanalschichten 5, die zwischen den Fluidkanalschichten 4 und 4" angeordnet sind, unmittelbar aneinanderliegen.
Falls die Flächenheizelemente 4, 4', 4" nur einseitig mit Heizleiterbahnen versehen sind, kann aufgrund des flexiblen Aufbaus bzw. der guten Wärmeleitung ein Wärmeeintrag auch über die Flachseite des Flächenheizelements 4, 4', 4" erfolgen, die gegenü- berliegend zu der Flachseite angeordnet ist, auf der die Heizleiterbahnen angeordnet sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung gemäß Figur 7 können der Einlass 10 und der Auslass 1 1 auch auf einer gemeinsamen Stirnseite eines Fluidgehäuses 51 angeordnet sein. Der Fluidkanal 5 kann sich am Einlass 10 in zwei Teilfluidkanäle 5.1 , 5.2 aufspalten, die mittels eines Flächenheizelementes 54' voneinander getrennt sind. Auf einer zu der Einlass-/Auslassstirnseite gegenüberliegenden Stirnseite erfolgt eine Umkehrung bzw. Umlenkung der Fluidströmung über zumindest ebenfalls zwei Teilfluidkanäle 5.3, 5.4, die über ein weiteres Flächenheizelement 54" getrennt angeordnet sind. Im Bereich des Auslasses 11 werden die Teilfluidströme zusammengeführt und am Auslass 11 ausgegeben. Zwischen den in eine Richtung weisenden Teilfluidkanälen 5.1 , 5.2 auf der einen Seite und den in entgegengesetzter Richtung führenden Teilfluidkanälen 5.3, 5.4 auf der anderen Seite ist eine Trennwand 55 angeordnet, die gegebenenfalls als Flächenheizelement ausgebildet sein kann. Die Flächenheizelemente 54', 54" sind vorzugsweise eben ausgebildet. Alternativ können sie auch wellenförmig in Strömungsrichtung angeordnet sein. Gegebenenfalls können auch mehr als zwei Teilfluidkanäle in eine Richtung vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen ermöglichen in einem Arbeitszustand der Vorrichtung in vorteilhafter Weise eine direkte wärmeleitende Verbindung des Flächenheizelementes mit dem Fluid. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Verwendung finden können. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
Nach einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden gemäß den Figuren 8 bis 12d sind ein Fluidgehäuse 51 und ein als Erwärmungseinheit ausgebildetes flexibles Flächenheizelement 52 vorgesehen, wobei das Flächenheizelement 52 im Wesentlichen zwischen einer oberen Gehäusehälfte 51' des Fluidgehäuses 51 und einer unteren Gehäusehälfte 51 " dessel- ben angeordnet ist. Die Gehäusehälften 51 ', 51" sind vorzugsweise aus einem transparenten Kunststoffmaterial hergestellt und mittels Ultraschallverschweißung oder Verklebung fest miteinander verbunden. Die obere Gehäusehälfte 51' und die untere Gehäusehälfte 51" weisen an einem ersten Ende 53 und an einem gegenüberliegenden zweiten Ende 54 jeweils einen halbschalenförmigen Stutzenansatz 55 bzw. 56 zur Bildung eines Einlasses 57 bzw. Auslasses 58 für das Fluid im Montagezustand auf. Der Ein- lass 57 und der Auslass 58 sind somit an einer ersten schmalen Seitenwandung 59 (erste Seite) des Fluidgehäuses 51 angeformt, wobei sie seitlich von dem ersten Ende 53 bzw. zweiten Ende 54 des Fluidgehäuses 51 abragen.
Die obere Gehäusehälfte 51' und die untere Gehäusehälfte 51" weisen jeweils eine Mehrzahl von langgstreckten Rippen 60 bzw. 61 auf, die an einer Innenseite 62 bzw. 63 der Gehäusehälfte 51' bzw. 51" angeformt sind. Die Rippen 60, 61 sind jeweils langgestreckt ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sieben Rippen 60, 61 vorgesehen, die eine Trennwand für Fluidkanäle 64, 64', 64" bilden und somit einen Verlauf der Fluidkanäle 64, 64', 64" vorgeben. Die Rippen 60, 61 sind im Wesentlichen geradlinig ausgebildet und erstrecken sich von dem ersten Ende 53 bis zum zweiten Ende 54 des Fluidgehäuses 51.
Obere und untere Fluidkanäle 64, 64', 64' sind fluchtend zueinander angeordnet, wobei das Flächenheizelement 52 in einer Zwischenebene zwischen der oberen Gehäusehälfte 51' und der unteren Gehäusehälfte 51" die oberen und unteren Fluidkanäle 64, 64', 64" trennt. Freie Stirnseiten von gegenüberliegenden Rippen 60 der oberen Gehäusehälfte 51' und Rippen 61 der unteren Gehäusehälfte 51" begrenzen in einem Linienabschnitt 65 das Flächenheizelement 52. Das Flächenheizelement 52 ist schwimmend zwischen der oberen Gehäusehälfte 51' und der unteren Gehäusehälfte 51 " gelagert, wobei vorzugsweise das Flächenheizelement 52 an einer Stirnseite desselben mechanisch an der oberen Gehäusehälfte 51' und/oder der unteren Gehäusehälfte 51 " befestigt ist. Die gegenüberliegenden Rippen 60, 61 führen das Flächenheizelement 52 in der vorzugsweise mittleren Zwischenlage und verhindern ein Aufwellen des flexiblen Flächenheizelementes 52 infolge der Fluidströmung. Das Flächenheizelement 52 ist als eine flexible Leiterplatte ausgebildet und weist einen Heizleiterbahnabschnitt 66 sowie eine randseitige Kontaktleiste 67 auf. Die Kontaktleiste 67 ist an einer zweiten schmalen Seitenwandung 59' (zweite Seite) des Flächenheizelements 52 angeordnet. Der Heizleiterbahnabschnitt 66 ist innerhalb des Fluidgehäu- ses 51 angeordnet, während die einstückig mit dem Heizleiterbahnabschnitt 66 verbundene Kontaktleiste 67 außerhalb des Fluidgehäuses 51 angeordnet ist und zur mechanischen und/oder elektrischen Kontaktierung mit einer nicht dargestellten Anschlussleiste dient, die innerhalb eines Schlitzes eines Regelgerätes angeordnet ist.
Das Flächenheizelement 52 weist auf einer ersten Flachseite 68 und auf einer zweiten Flachseite 69 jeweils eine Anzahl von elektrisch leitenden Heizleiterbahnen 70 auf. Wie aus den Figuren 9 und 10 ersichtlich ist, weisen die erste Flachseite 68 und die zweite Flachseite 69 zwei Heizleiterbereiche 71 , 72 auf, die in einer Hauptströmungsrichtung 73 des Fluids hintereinander angeordnet sind. Der erste Heizleiterbereich 71 weist eine erste Heizleiterbahn 70 auf und überstreicht im Wesentlichen eine erste Hälfte (erster Heizleiterbereich 71) der ersten Flachseite 68 bzw. 69, wobei lediglich die Linienabschnitte 65 zur Anlage der Rippen 60, 61 freigelegt sind. Die Heizleiterbahn 70 des ersten Heizleiterbereiches 71 führt zu den Kontakten K1 , K2 der Kontaktleiste. Heizleiterbahnen 70' des zweiten Heizleiterbereiches 72 führen zu Kontakten K3, K4 der Kontaktleiste 67.
Darüber hinaus sind im Bereich des Einlasses 57 an dem Flächenheizelement 52 ein Anschluss 74 für einen ersten Temperatursensor, im Bereich des Auslasses 58 ein Anschluss 75 für einen zweiten Temperatursensor, sowie im Bereich von Stirnseiten 76 des Flächenheizelementes 52 ein Anschluss 77 für einen weiteren Sensor und in einem zur Kontaktleiste 67 hin orientierten Bereich ein Anschluss 78 für einen weiteren Sensor. Die weiteren Sensoren können als Temperatursensoren zur Ermittlung einer Übertemperatur oder dergleichen ausgebildet sein. Sie werden wie die Temperatursensoren an den Anschlüssen 74, 75, 76, 77, 78 durch vorzugsweise Löten kontaktiert. Ein weiterer Sensor kann beispielsweise als ein Fließgeschwindigkeits-Sensor ausgebildet sein. Ferner kann ein weiterer Sensor als ein Fluid-Sensor ausgebildet sein, der während eines Initialisierungsdurchlaufs bei der Inbetriebnahme des Flächenheizelementes 52 das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von einer Flüssigkeit in dem Fluidgehäuse 51 ermittelt.
Die Rippen 60, 61 sind endseitig in Richtung der Stutzenansätze 55 bzw. 56 bogenförmig ausgebildet. Sie bilden einen Umleitungsabschnitt, der am ersten Ende 53 des Flu- idgehäuses 51 ein Umlenken des zu einer Mittelachse A des Fluidgehäuses 51 einströmenden Fluids in die Hauptströmungsrichtung 73 bzw. von der Hauptströmungsrichtung 73 in einen senkrecht zur Mittelachse A verlaufenden Auslass 58 bewirkt. Es ist ersichtlich, dass an dem ersten Ende 53 des Fluidgehäuses 51 sich eine Einlasssammelstelle 79 ausbildet, von der aus sich die Fluidkanäle 64, 64', 64" in Hauptströmungsrichtung 73 im Wesentlichen geradlinig erstrecken. An einer gegenüberliegenden Seite, nämlich am zweiten Ende 54 ist eine Auslasssammelstelle 80 für das Fluid vorgesehen, in der es sich aus den Fluidkanälen 64, 64', 64" kommend sammelt und unter Rich- tungsumkehrung - wie am ersten Ende 53 des Fluidgehäuses 51 - um 90° dem Auslass 58 zugeführt wird. Eine Achse des Einlasses 57 und eine Achse des Auslasses 58 verlaufen somit im Wesentlichen senkrecht zu den Fluidkanälen 64, 64', 64" bzw. senkrecht zu der Hauptströmungsrichtung 73.
Eine Breite b, b', b" der Fluidkanäle 64, 64', 64" ist in Hauptströmungsrichtung 73 im Wesentlichen konstant ausgebildet. Die Breite b, b\ b" der Fluidkanäle 64, 64', 64" nimmt von der ersten schmalen Seitenwandung 59, an der sich der Einlass 57 und der Auslass 58 befinden, in Richtung der Kontaktleiste 67 ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein der ersten schmalen Seitenwandung 59 zugewandter erster Fluid- kanal 64 mit seiner Breite b relativ breit ausgebildet. Zwei benachbarte Fluidkanäle 64' weisen eine halb so große Breite b' auf. Weitere Fluidkanäle 64", die sich benachbart zueinander bis zur Kontaktleiste 67 erstrecken, weisen eine vergleichsweise verringerte Breite b" auf. Durch die Verringerung der Fluidkanalbreite bzw. Verringerung des Fluid- kanalquerschnitts wird sichergestellt, dass das Flächenheizelement 52 über den Querschnitt des Fluidgehäuses 51 mit einer gleichen Einwirkdauer das Fluid erwärmt.
Wie am besten aus Figur 12d ersichtlich ist, sind die Heizleiterbahnen 70 der ersten Flachseite 68 einerseits und die Heizleiterbahnen 70' der zweiten Flachseite 69 des Flächenheizelementes 52 in Querrichtung Q derselben versetzt zueinander angeordnet, so dass sie in Projektion auf eine Erstreckungsebene E des Flächenheizelementes 52 nebeneinander liegend angeordnet sind. Hierdurch wird sichergestellt, dass kein Temperaturstau an dem Flächenheizelement 52 entsteht bzw. eine bessere und homogenere Wärmeeinleitung gegeben ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Heizleiterbahnen im Wesentlichen senkrecht zur Hauptströmungsrichtung 73, so dass die Querrichtung Q im Wesentlichen parallel zur Hauptströmungsrichtung 73 verläuft.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind auf jeder Flachseite 68, 69 des Flächenheizelementes 52 zwei Heizleiterbahnabschnitte bzw. zwei Heizkreise angeordnet, die über unterschiedliche Kontakte K mit einer Temperaturregelungseinheit verbunden sein können. Die Temperaturregelungseinheit befindet sich extern in einem Regelgerät. Die Heizkreise 66 können beispielsweise in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein, was den Regelungsaufwand verringert.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann statt eines flexiblen Flächenheizelementes 52 auch ein starres Flächenheizelement mit einer starren Leiterplatte ausgebildet sein. Als Basismaterial könnte beispielsweise Phenolharz, Epoxidharz eingesetzt werden, welches gegebenenfalls mit Papier bzw. Glasfasergewebe verstärkt ist.
Die Herstellung des Flächenheizelementes 52 wird im Folgenden näher beschrieben. Als flexibler Träger 81 wird eine Polyimidfolie (beispielsweise Kapton) mit einer Dicke zwischen 12 pm und 125 pm verwendet. Als elektrisch leitende Schicht wird auf den beiden Flachseiten des Trägers 81 jeweils eine Metallfolie 82 (Kupferfolie) aufgebracht, vorzugsweise durch Kleben bzw. Kaschieren. Das Aufbringen der Metallfolie 82 auf den Träger 81 erfolgt von Rolle R1 zu Rolle R2, wobei nach Aufbringen der Metallfolie 82 auf den Träger 81 ein auf einer Rolle R1 , R2 aufgewickeltes Halbzeug bereitgestellt wird. Alternativ kann die Metallschicht auch durch Walzen oder Galvanisieren oder durch Zerstäuben auf die aus Kunststoff bestehende Trägerfolie aufgebracht werden. ln einem weiteren Arbeitsschritt erfolgt mittels Fotolitografie eine Strukturierung der Heizleiterbahnen 70, 70'. Hierzu wird vollflächig auf die Metallschicht 82 eine fotoempfindliche Schicht 83 (Fotolack) aufgetragen. Das Auftragen erfolgt kontinuierlich während des Abwickeins des Halbzeugs von der Rolle R1 und des Aufwickeins desselben auf die Rolle R2.
In einem weiteren Schritt erfolgt mittels einer Lichtquelle L eine Belichtung der fotoempfindlichen Schicht 83 durch eine Maske M1 , M2 hindurch, die den späteren Verlauf der Heizleiterbahnen 70, 70' festlegt. Die Belichtung unter der Maske M1 , M2 bildet somit eine Maskierung der fotoempfindlichen Schicht 83. In einem weiteren Schritt erfolgt die Entwicklung der fotoempfindlichen Schicht 83 gemäß Figur 12b, wobei die fotoempfindliche Schicht 83 nur in den Bereichen erhalten bleibt, in denen die Heizleiterbahnen 70, 70' verlaufen sollen.
In einem weiteren Arbeitsschritt kann dann durch Ätzen die Metallschicht 82 in den Bereichen zwischen dem erhaltenen Fotolack 83 entfernt werden, siehe Figur 12c. Danach erfolgt in einem weiteren Schritt ein Entfernen der fotoempfindlichen Schicht 83, insbesondere durch Spülen, Reinigen und anschließendes Trocknen, siehe Figur 12d.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die Strukturierung der Heizleiterbahnen 70, 70' auch durch Lasern erfolgen.
In einem weiteren Arbeitsschritt kann eine Lötpaste an den Anschlüssen 74, 75, 76, 77, 78 aufgebracht werden, so dass die Sensorelemente durch anschließendes Löten (beispielsweise Reflow-Löten oder mittels Infrarotstrahlung) bestückt werden.
Die vorgenannten Arbeitsschritte können in Form eines Rolle-Rolle-Verfahrens erfolgen, wobei das Halbzeug von der einen Rolle R1 auf die andere Rolle R2 oder umgekehrt abgerollt wird. Lediglich zur Durchführung des Arbeitsschrittes wird die Rollenbewegung kurzzeitig angehalten. ln einem weiteren Schritt erfolgt ein Zuschneiden von Rollenabschnitten 84 des Halbzeugs, die jeweils ein Flächenheizelement 52 enthalten. Dies kann beispielsweise durch einen Laser erfolgen. In einem weiteren Arbeitsschritt können dann die zugeschnittenen und bestückten Halbzeuge mit einer zusätzlichen Schutzschicht aus biokompatiblem Material und/oder aus elektrischen Isoliermaterial und/oder aus mechanischem Schutzmaterial und/oder mit einer thermisch leitfähigen Schicht versehen werden.
Das Flächenheizelement 52 kann nun unter Zwischen legung zwischen den Gehäusehälften 51' und 51" mit denselben verbunden werden zur Bildung der Erwärmungseinheit 2.
Nach einer nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können die Heizleiterbahnen 70, 70' der Flachseiten 68, 69 in Projektion auf die Erstreckungsebene E des Trägers 81 statt nebeneinander auch überlappend zueinander angeordnet sein.
Als Fluide können Gase oder beliebige Flüssigkeiten eingesetzt werden, beispielsweise Blut, Plasma oder Infusionen als medizinische bzw. menschliche oder tierische Flüssigkeiten, alternativ auch Zellkulturen, die in der Labortechnik eingesetzt werden. Alternativ können auch Wasser oder andere Flüssigkeiten, die in der Nahrungsmitteltechnik eingesetzt werden, benutzt werden.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Flächenheizelement 52 auch lediglich auf einer Flachseite 68 mit Heizleiterbahnen versehen sein. Die heizleiterbahnenfreie Flachseite liegt dann vorzugsweise flächig auf einer Innenseite einer Gehäusehälfte des Fluidgehäuses 51 an.
Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Träger 81 (Trägerfolie) auch mit einer thermisch leitfähigen vollflächigen Schicht beschichtet sein, so dass die Temperaturverteilung über die Fläche des Flächenheizelementes 52 sehr homogen ist.
Dadurch, dass das Flächenheizelement 52 vorzugsweise mit einem Fluidsensor versehen ist, kann während eines Initialisierungsdurchlaufs bei der Inbetriebnahme der Er- wärmungseinheit bzw. des Flächenheizelementes 52 oder zu einem anderen geeigneten Zeitpunkt erkannt werden, ob sich ein Fluid bzw. eine Flüssigkeit im System befindet. Hierdurch kann beispielsweise eine Plausibilitätsprüfung stattfinden, die die Betriebsbereitschaft der Erwärmungseinheit signalisiert. Während des Initialisierungsdurchlaufs können auch Fertigungstoleranzen der Widerstandsleiterbahn oder dergleichen bestimmt werden. Als Fluidsensor kann beispielsweise ein Kondensator eingesetzt werden, dessen Kapazität sich infolge dersich ändernden Dielektrizitätszahl in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit ändert. Der Kondensator kann vorzugsweise - wie die Heizleiterbahnen - durch Ätzen der Metallschicht 82 gebildet werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Fluidsensor neben der Erkennung des Füllstandes auch zur Erkennung des Durchflusses oder zur Gasblasenerkennung eingesetzt werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der Figur 13 ist im Unterschied zu der Ausführungsform nach den Figuren 8 bis 1 1 nicht ein plattenförmiges oder flaches Fluidgehäuse, sondern ein zylinderförmiges Fluidgehäuse 91 vorgesehen, in dem ein Flächenheizelement 92 spiralförmig gewickelt angeordnet ist. Das Flächenheizelement 92, das im Zuschnitt rechteckförmig ausgebildet ist, ist quer zu einer Flu- idrichtung 93 aufgewickelt angeordnet, wobei ringförmige Fluidkanäle 94 gebildet werden, die in Fluidrichtung 93 parallel zueinander angeordnet sind. An einer stromaufwärts gelegenen Stirnseite des Fluidgehäuses 91 befindet sich ein Einlass 95 und an einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Fluidgehäuses 91 befindet sich ein Ausläse 96 für das Fluid. An einer Längsseitenwand des Fluidgehäuses 91 ragt eine Kontaktleiste 97 aus dem Inneren des Fluidgehäuses 91 ab zur Kontaktierung der auf dem Flächenheizelement 92 aufgebrachten Heizleiterbahn mit entsprechenden zu einem Regelgerät führenden Anschlüssen.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß der Figur 14 kann ein im Querschnitt rechteckförmiges bzw. quadratisches Fluidgehäuse 101 vorgesehen sein, in dem ein Flächenheizelement 102 im Wesentlichen eckig geführt aufgewickelt ist unter Bildung paralleler Fluidkanäle 103, die ebenfalls im Wesentlichen geradlinig von einer stromaufwärts gelegenen Stirnseite des Fluidgehäuses 101 zu einer stromabwärts gelegenen Stirnseite desselben führen. Ebenfalls befindet sich ein Einlass 104 im Be- reich einer stromaufwärts gelegenen Stirnseite des Fluidgehäuses 101 sowie ein Ausläse 105 an einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Fluidgehäuses 101 . Eine Kontaktleiste 106 befindet sich - wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel - an einer Schmalseite des Fluidgehäuses 101. Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Fluidkanäle 103 nicht ringförmig, sondern rechteckförmig bzw. quadratisch gebildet.
Alternativ kann der Träger 81 auch als starrer Träger ausgebildet sein.
Nach einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung kann statt oder zusätzlich zu den Temperatursensoren 2 , 22 bzw. 23 mindestens ein Sensor zur Ermittlung von Parametern patientenbezogender Körperflüssigkeiten auf der flexiblen oder starren Leiterplatte angeordnet sein. Beispielsweise kann der Sensor zur Ermittlung des Sauerstoff gehaltes bzw. der Sauerstoff Sättigung im Blut des Patienten dienen. Nach einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Mehrfachfunktion auf. Zum einen kann mittels der Temperatursensorik ein Fluid vorgegebener Temperatur bereitgestellt werden. Zum anderen kann gleichzeitig ein therapeutisches Verfahren überwacht werden, beispielsweise bei einem Blutreinigungsverfahren (Dialyse) bei Nierenversagen oder anderen Organ versagen des Patienten.
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß den Figuren 15 bis 18 ist ein Fluidgehäuse 1 1 1 vorgesehen, in dem ein Flächenheizelement 1 12 enthaltend vorzugsweise mäanderförmige Heizleiterbahnen 113, 113' angeordnet ist. Das Flächenheizelement 112 ist einstückig mit einer Kontaktleiste 114 verbunden, die an einer Längsseite 1 15 des Fluidgehäuses 11 1 außerhalb desselben angeordnet ist.
Das Fluidgehäuse 111 besteht aus zwei Fluidgehäusehälften, die jeweils auf einer Innenseite eine Mehrzahl von Abstandhaltern 116 aufweisen. Die Abstandhalter 1 16 sind als von der Innenseite abragende Abstandstege ausgebildet, die so verteilt an der Innenseite angeordnet sind, dass das Flächenheizelement 112 im Wesentlichen eben in einer Öffnungsebene der Fluidgehäusehälften positioniert ist. Zu beiden Flachseiten des Flächenheizelementes 112 bilden sich jeweils ein flächiger Fluidkanal aus, wobei zwischen einer ersten Innenseite 117' des Fluidgehäuses 111 bzw. der ersten Fluidge- häusehälfte 111' und einer ersten Flachseite 118' des Flächenheizelementes 1 12 ein erster flächiger Fluidkanal 119' einerseits und zwischen einer zweiten Innenseite 117" des Fluidgehäuses 111 bzw. 111" und einer zweiten Flachseite 118" des Flächenheizelementes 1 12 ein zweiter flächiger Fluidkanal 119" andererseits gebildet ist. Zu einer Längsmittelebene des Fluidgehäuses 1 1 1 sind symmetrisch somit zwei flächige Fluid- kanäle 119', 119" ausgebildet, die einen relativ großen Strömungsraum bzw. geringen Strömungswiderstand bieten. Das an einer ersten Stirnseite 120 des Fluidgehäuses 111 über einen Einlass 121 eintretende Fluid strömt in den ersten flächigen Fluidkanal 119' und in den zweiten flächigen Fluidkanal 119", in denen es unter geringer Strömungs- richtungsänderung im Wesentlichen in Längserstreckung des Fluidgehäuses 1 bzw. geradlinig zu einer gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 122 geleitet wird, an der es durch den Auslass 123 wieder einer Übertragungsleitung zugeführt wird. Das Fluid wird entlang einer Fließrichtung F geleitet, die parallel zur Längserstreckung des Fluidgehäuses 11 verläuft.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform können die Abstandhalter 116 auch punktförmig oder als langgestreckte Stege ausgebildet sein.
Die Fluidkanäle 119, 119' erstrecken sich linear zwischen dem Einlass 121 und dem Auslass 123 des Fluidgehäuses 111 , quasi in geradliniger Verlängerung der Einströmrichtung des Fluids an dem Einlass 121. Die Fluidkanäle 119', 119" haben jeweils eine Breite, die der Breite des Fluidgehäuses 1 1 1 entspricht. Durch die Fluidkanäle 119', 119" wird das Fluid im Wesentlichen parallel und geradlinig zwischen dem Einlass 121 und dem Auslass 123 des Fluidgehäuses 11 1 geführt, wobei lediglich an dem Einlass 121 und dem Auslass 123 aufgrund der unterschiedlichen Quererstreckung eine Um- lenkung erfolgt. Vorzugsweise ist eine zwischen dem Einlass 121 und dem Auslass 123 gebildete Länge des Fluidgehäuses 1 11 größer ist als die zwischen den Abstand der zwei gegenüberliegenden Längsseiten 115 vorgegebenen Breite. Die Fluidkanäle 1 19, 199' erstrecken sich geradlinig in Richtung einer gedachten Verbindungslinie zwischen dem Einlass 121 und dem Auslass 123 des Fluidgehäuses 11 1 . Die Fluidkanäle 119, 119' sind spiegelsymmetrisch zur Längsmittelebene des Fluidge- häuses 1 11 angeordnet, wobei die Längsmittelebene den Einlass 121 und den Auslass
123 des Fluidgehäuses 111 schneidet.
Das Flächenheizelement 112 weist zu beiden Flachseiten 118', 118" mäanderförmige Heizleiterbahnen 113, 113' auf, die beispielhaft für eine Flachseite in Figur 16 dargestellt sind. Die Heizleiterbahnen 113, 113' verlaufen vorzugsweise in Fließrichtung F bzw. parallel zu Längskanten 115 des Fluidgehäuses zu beiden Seiten einer Quermittelebene Q des Flächenheizelementes 1 12, wobei der Kontaktleiste 114 zugewandte Enden der Heizleiterbahnen 113, 113' direkt mit Kontakten 124 der Kontaktleiste 1 14 und gegenüberliegende Enden der Heizleiterbahn 113, 113' über im Bereich der Quermittelebene Q verlaufende geradlinige Leiterbahnen 125 mit entsprechenden Kontakten
124 der Kontaktleiste 114 verbunden sind. Dadurch, dass die Heizleiterbahnen 113, 113' im Wesentlichen in Fließrichtung F verlaufen, kann die Gefahr des unerwünschten Anhaftens von Gasblasen vermindert werden. Ferner wird die mechanische Dauerfestigkeit erhöht.
Während sich die Heizleiterbahnen 113, 113' jeweils auf beiden Flachseiten 118', 118" des Flächenheizelementes 112 erstrecken, sind an der ersten Stirnseite 120 lediglich ein einziger erster Temperatursensor 126, an der gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 122 ein zweiter Temperatursensor 127 und in einem zur Quermittelebene Q nahen Bereich ein dritter Temperatursensor 28 zur Ermittlung einer Übertemperatur lediglich an der ersten Flachseite 118' angeordnet. Alternativ kann der dritte Temperatursensor 128 zur Ermittlung der Übertemperatur randseitig im Bereich der zweiten Stirnseite 122 angeordnet sein, vorzugsweise an einem Ort, in dem sich die höchste Fluidtemperatur einstellt. Gegebenenfalls können auch noch weitere Temperatursensoren aufgebracht sein, die möglichst nahe an der Leiterbahn angeordnet sind, um die Temperatur schnell zu registrieren.
Die Fluidgehäusehälften 111' und 111" sind stoffschlüssig miteinander verbunden, beispielsweise durch Kleben oder Ultraschallschweißen oder durch Anspritzen. In einem Bereich zwischen der Kontaktleiste 114 und dem Flächenheizelement 1 12 liegen Rän- der der Gehäusehälften 111', 111" über einen Dichtungskleber unmittelbar an dem durch das Flächenheizelement 112 und der Kontaktleiste 1 4 gebildeten Bauteil an. In einem Bereich der höchsten zu erwartenden Fluidtemperatur sollte beispielsweise der dritte Temperatursensor 128 zur Ermittlung der Übertemperatur angeordnet sein.
Wie aus Figur 18 zu ersehen ist, ist eine aus dem Fluidgehäuse 11 , dem Flächenheizelement 1 12 und der Kontaktleiste 114 gebildete Kassette 129 in einem vorzugsweise vertikal verlaufenden Aufnahmeschlitz 130 eines Steuergerätes 131 anordbar. Das Steuergerät 131 weist ein Gehäuse 140 auf, in dem eine Steuereinheit 141 zur Steuerung bzw. Regelung der Fluiderwärmung, ein Monitor 142 und eine Stromversorgungseinheit 143 (Netzteil) angeordnet sind. Der Aufnahmeschlitz 130 weist vorzugsweise federnde Kontaktelemente auf, in die die Kontaktleiste 114 mit den Kontakten 124 in einer Einstellposition rastend eingreift. In der Einsteckposition ist die Kassette 129 somit mechanisch und elektrisch über diese Rastverbindung mit der Steuereinheit 141 verbunden. Während die Kontaktleiste 14 in dem Aufnahmeschlitz 130 des Gehäuses 140 verdeckt angeordnet ist, ist das Fluidgehäuse 11 1 mit dem Flächenheizelement 112 außerhalb des Gehäuses 140 angeordnet und von außen einsehbar, so dass eventuelle Veränderungen in der Konsistenz des Fluids oder in den Strömungseigenschaften erkennbar sind.
Vorzugsweise sind die Heizleiterbahnen 113 der ersten Flachseite 1 18' des Flächenheizelementes 112 in der Erstreckungsebene des Flächenheizelementes 1 12 bzw. in Fließrichtung F des Fluids versetzt zu den Heizleiterbahnen 1 13 der zweiten Flachseite 118" des Flächenheizelements 112 angeordnet, so dass sie sich nicht überdecken und einen homogenen Wärmeeintrag zu beiden Fluidkanälen 119', 119" ermöglichen.
Dadurch, dass jeweils auf den Flachseiten 118' 118" mehrere Heizleiterbahnen 113, 113' in Fließrichtung F über eine mit der Kontaktleiste 114 verbundene elektrische Steuereinheit unabhängig voneinander ansteuerbar sind, werden in Fließrichtung F unterschiedliche Heizleiterabschnitte gebildet, die wechselweise und/oder periodisch ein- und ausschaltbar sind. Beispielsweise kann ein in Fließrichtung F stromaufwärts angeordneter Abschnitt eingeschaltet sein, während ein in Fließrichtung F stromabwärts an- geordneter Heizleiterabschnitt ausgeschaltet ist und umgekehrt. Hierdurch kann eine verbesserte Dosierung des Wärmeeintrags erfolgen.
Gegebenenfalls können innerhalb des Fluidgehäuses 111 auch Sensoren zur Erkennung des Füllstandes oder der Durchflussmenge angeordnet sein.
Vorzugsweise ist das Flächenheizelement 112 als ein flexibles Flächenheizelement ausgebildet, das ein Substrat aufweist, auf dem Heizleiterbahnen 113, 1 13' beispielsweise durch Ätzen oder Aufdrucken oder dergleichen aufgebracht sind. Zusätzlich ist das Flächenheizelement 112 mit einem biokompatiblen Material beschichtet.
Die Leiterplatte des Flächenheizelementes ist stets mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen, die vorzugsweise biokompatibel ausgebildet ist.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Flächenheizelement 112 auch an einer Innenseite des Fluidgehäuses 1 1 1 befestigt sein. In diesem Fall bildet sich innerhalb des Fluidgehäuses 1 11 lediglich ein einziger Fluidkanal aus.
Nach einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform kann die flexible Leiterplatte auch als eine sogenannte„Starr-Flex"-Leiterplatte ausgebildet sein, die mit einer starr ausgebildeten Kontaktleiste verbunden ist.
Die vorstehend genannten Merkmale der Ausführungsbeispiele können nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination verwendet werden. Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.

Claims

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden, insbesondere von intravenösen Fluiden, mit einem Fluidgehäuse enthaltend mindestens einen Fluidkanal, durch den das Fluid von einem Einlass des Fluidgehäuses zu einem Auslass desselben führbar ist, mit einer Erwärmungseinheit enthaltend mindestens ein elektrisches Flächenheizelement zum Erwärmen des durch den Fluidkanal strömenden Fluids und mit einer Temperaturregelungseinheit enthaltend mindestens einen an dem Flächenheizelement angeordneten Temperatursensor, wobei das Flächenheizelement innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet ist und zumindest teilweise eine Wandung des Fluidkanals bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen dem Einlass (10) des Fluidgehäuses (1 , 31 , 42, 51 , 1 1 1) und dem Auslass
(I I) des Fluidgehäuses (1 , 31 , 42, 51 , 11 1 ) mindestens ein linearer Fluidkanal 64, 64', 64"; 119, 1 19') erstreckt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement (112) als eine zwischen gegenüberliegenden Innenseiten (117', 117") des Fluidgehäuses (111) verlaufende Grenzfläche ausgebildet ist, wobei zwischen einer ersten Innenseite (117') des Fluidgehäuses (111) und einer ersten Flachseite (118') des Flächenheizelementes (112) ein erster flächiger Fluidkanal (119') und/oder zwischen einer zweiten Innenseite (117") des Fluidgehäuses (111) und einer zweiten Flachseite (118") des Flächenheizelementes (112) ein zweiter flächiger Fluidkanal (119') gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Innenseite (1 7') und/oder auf der zweiten Innenseite (117") des Fluidgehäuses
(I I I) eine Anzahl von Abstandhaltern (116) angeordnet sind, die an der ersten Flachseite (118') und/oder der zweiten Flachseite (118") des Flächenheizelementes (112) anliegen.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement (1 12) einstückig mit einer Kontaktleiste (114) verbunden ist, die sich außerhalb des Fluidgehäuses (111) entlang einer Längsseite (115) derselben erstreckt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktleiste (114) in Fließrichtung (F) des Fluids und/oder in Erstreckung des ersten flächigen Fluidkanals (119') und/oder des zweiten flächigen Fluidkanals (119") verläuft, wobei Kontakte (124) nebeneinander auf der Kontaktleiste (114) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Flachseite (118') und/oder auf der zweiten Flachseite (1 18") des Flächenheizelementes (112) angeordnete Heizleiterbahnen (113, 113') sich mäander- förmig von der Kontaktleiste (114) zu einer gegenüberliegenden Längsseite des Fluidgehäuses (111) erstrecken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterbahnen (113, 113') symmetrisch zu einer Quermittelebene (Q) des Flächenheizelementes (1 12) verlaufen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidgehäuse (111) zwei Gehäusehälften (111', 111") aufweist, deren Ränder stoffschlüssig, insbesondere durch Kleben oder Ultraschallschweißen oder durch Anspritzen miteinander verbunden und im Bereich der Kontaktleiste (114) haftend an derselben befestigt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Innenseite (62, 63) des Fluidgehäuses (51 ) derart profiliert ausgebildet ist, dass mindestens ein Fluidkanal (64, 64', 64") gebildet ist, der sich von einem den Einlass (57) aufweisenden ersten Ende (53) des Fluidgehäuses (51 ) in Hauptströmungsrichtung (73) zu einem den Auslass (58) des Fluidgehäuses (51) aufweisenden zweiten Ende (54) erstreckt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass (57) und/oder der Auslass (58) des Fluidgehäuses (51) an einer schmalen Seitenwandung (59) desselben angeordnet ist, wobei eine Achse des Einlasses (57) und des Auslasses (58) senkrecht zu dem Fluidkanal (64, 64', 64") verläuft.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement (52) im Wesentlichen schwimmend in einer Zwischenlage beabstandet zu einer ersten Innenseite (62) und einer zweiten Innenseite (63) des Fluidgehäuses (51) gelagert ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auf einer ersten Flachseite (68) und auf einer zweiten Flachseite (69) jeweils mindestens eine Heizleiterbahn (70, 70') angeordnet ist, wobei die Heizleiterbahn (70, 70') der ersten Flachseite (68) und/oder der zweiten Flachseite (69) in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie der flexiblen Leiterplatte (19) mit einer biokompatiblen Isolationsschicht versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der flexiblen oder starren Leiterplatte (19, 81) ein erster Temperatursensor (21 ) im Bereich des Einlasses (10) des Fluidkanals (5) und/oder ein zweiter Temperatursensor (22) im Bereich des Auslasses (11) des Fluidskanals (5) und/oder ein dritter Temperatursensor (23) zur Ermittlung einer Übertemperatur und/oder ein Fluidsensor zur Ermittlung des Vorhandenseins des Fluids und/oder eine Regeleinheit (20) zur Regelung der Temperatur des Fluids und/oder ein Sensor zur Ermittlung einer Fließgeschwindigkeit des Fluids angeordnet ist.
15. Vorrichtung zum Durchleiten von strömenden Körperflüssigkeiten in einem Fluid- gehäuse, in dem die Körperflüssigkeit von einem Einlass des Fluidgehäuses entlang eines Fluidkanals zu einem Auslass des Fluidgehäuses leitbar ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Fluidgehäuses eine flexible oder starre Leiterplatte (19, 81) mit mindestens einem Sensor zur Ermittlung von einem Parameter patientenbezogener Körperflüssigkeiten angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Quotient aus wirksamer Wärmeübertragungsfläche des Flächenheizelementes (4) zu einer in einer Längsmittelebene des Fluidgehäuses (1) projizierten Fläche des Flächenelementes größer als 1 ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidgehäuse (111), das Flächenheizelement (112) und die Kontaktleiste (1 14) als eine zum einmaligen Gebrauch bestimmte Kassette (129) ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Kassette (129) in einen Aufnahmeschlitz (130) eines Steuergerätes (131) einsteckbar ist, wobei in einer Einsteckposition die Kontaktleiste (114) rastend mit korrespondierenden Kontaktelementen des Aufnahmeschlitzes (130) elektrisch und/oder mechanisch verbunden sind und wobei das Fluidgehäuse (1 11) zumindest bereichsweise außerhalb des Aufnahmeschlitzes (130) angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeschlitz (130) des Steuergerätes (131) in vertikaler Richtung verläuft, so dass die Kassette (129) in der Einsteckposition aufrecht angeordnet ist, wobei die Fließstellung des Fluids in vertikaler Richtung verläuft.
20. Flächenheizelement für eine Vorrichtung zum Erwärmen von strömenden Fluiden, insbesondere von intravenösen Fluiden, mit einem Fluidgehäuse enthaltend min- destens einen Fluidkanal, durch den das Fluid von einem Einlass des Fluidgehäuses zu einem Auslass desselben führbar ist, mit einer Erwärmungseinheit enthaltend mindestens ein elektrisches Flächenheizelement zum Erwärmen des durch den Fluidkanal strömenden Fluids und mit einer Temperaturregelungseinheit enthaltend mindestens einen an dem Flächenheizelement angeordneten Temperatursensor, dass das Flächenheizelement innerhalb des Fluidgehäuses angeordnet ist, wobei das Flächenheizelement zumindest teilweise eine Wandung des Fluid- kanals bildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement eine flexible Leiterplatte (19, 89) aufweist.
21 . Flächenheizelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Leiterplatte (19, 81) des Flächenheizelementes (4, 34, 44, 52) als eine metalllaminierte Kunststofffolie ausgebildet ist, auf der die Heizleiterbahnen (18, 70, 70') fo- tolitografisch erzeugt ausgebildet sind.
22. Flächenheizelement nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die auf einer ersten Flachseite (118') der Kunststofffolie aufgebrachten Heizleiterbahnen ( 8, 70, 70', 113) in der Erstreckungsebene der Kunststofffolie versetzt zu auf der zweiten Flachseite (17, 118") aufgebrachten Heizleiterbahnen (18, 70, 70', 113) angeordnet sind, so dass sich die Heizleiterbahnen (18, 70, 70', 13) der beiden Flachseiten (17, 118', 118") nicht überdecken.
23. Flächenheizelement nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass in Fließrichtung (F) des Fluids mehrere unabhängig voneinander ansteuerbare Heizleiterbahnen (113, 113') jeweils auf der Flachseite (17, 118', 118") der Kunststofffolie vorgesehen sind.
24. Verfahren zur Herstellung eines Flächenheizelementes, das zur Erwärmung von strömenden Fluiden verwendet wird, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 20, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht (82) auf eine und/oder zwei Flachseiten eines Trägers (81 ) zur Bildung eines Halbzeugs, das auf einer Rolle bereitgestellt wird,
- sequentielles Strukturieren von Heizleiterbahnen (70, 70') auf Rollenabschnitten (84) des Halbzeugs durch Lasern oder durch fotolitografische Mittel, während ein Rollenabschnitt (84) des Halbzeugs von einer Rolle (R1) abgewickelt und auf einer weiteren Rolle (R2) aufgewickelt wird,
- sequentielles Bestücken von Rollenabschnitten (84) des Halbzeugs mit einer Anzahl von Sensorelementen,
- Zuschneiden der Rollenabschnitte (84) des Halbzeugs zu einem Format der Flächenheizelemente (52), während die Rolle (R1 , R2) abgewickelt wird,
- Bedecken der Flächenheizelemente (52) mit einem biokompatiblen Material und/oder mit einem elektrischen Isoliermaterial und/oder mit einem mechanischen Schutzmaterial und/oder mit einer thermisch leitfähigen Schicht.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das auf der Rolle bereitgestellte Halbzeug für mehrere Arbeitsschritte ab- und aufgewickelt wird, wobei in einem ersten Arbeitsschritt auf das Halbzeug eine fotoempfindliche Schicht (82) aufgetragen wird, in einem zweiten Arbeitsschritt eine Maskierung der fotoempfindlichen Schicht (83) erfolgt, in einem dritten Arbeitsschritt eine Entwicklung der fotoempfindlichen Schicht (83) erfolgt, in einem vierten Arbeitsschritt durch Ätzen die elektrisch leitende Schicht (82) in einem von der fotoempfindlichen Schicht (83) nicht abgedeckten Bereich entfernt wird zur Bildung der Heizleiterbahnen (70, 70') und in einem fünften Arbeitsschritt die fotoempfindliche Schicht (83) von den Heizleiterbahnen (70, 70') entfernt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizleiterbahnen (70, 70') zu beiden Flachseiten (68, 69) des Halbzeugs derart versetzt zueinander strukturiert werden, dass sie in Projektion zu dem Träger (81) überlappend zueinander oder nebeneinander angeordnet sind. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenheizelement (52) mit einem Fluidsensor bestückt wird, so dass das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von dem Fluid ermittelt wird.
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