JP2020168411A - プリント基板加熱要素を備える注入液加温器 - Google Patents

Abstract

【課題】流体温度を精確に制御する注入液加温器の提供、及び、コンパクトであり信頼でき費用効率の良い注入液加温器の提供。【解決手段】本発明は、熱交換器と、それぞれが発熱体として作動する一体型電気抵抗パターンを備える第１及び第２のプリント基板と、を備える注入液加温器に関する。一体型電気抵抗パターンは、電力の供給によって加熱され、熱交換器に熱的に結合されて、熱交換器の流体通路を通って流れる注入液を加温する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱交換器と、発熱体として作動する一体型電気抵抗パターンをそれぞれが備える第１及び第２のプリント基板とを備える注入液加温器に関する。一体型電気抵抗パターンは、電力の供給によって加熱され、熱交換器に熱的に結合されて、熱交換器の流体通路を通って流れる注入液を加温する。

血液などの静脈内輸液、骨内輸液又は注入液が病院で使用されることが多い。注入液はこのほか、例えば、被災地又は紛争地帯で事故現場から病院への患者搬送中に現場で使用される。患者は、救急車又はヘリコプターのような搬送手段で搬送される可能性がある。注入液は、非常に医療的な処置及び適用を実施中に使用される。そのような注入液は、典型的にはＩＶ液バッグ又はＩＶ液容器から患者の血管に送達される。血液は保管中冷蔵されるのに対して、他の種類の注入液は室温で保存してもよい。

注入液が保存温度での保存状態から直接患者の身体に注入されると、患者にとっては生死にかかわることがあり、低体温症に至る可能性がある。このため、患者の所望の体温に近い温度まで注入液を加温して、加温した注入液を投与することによって患者の体温の低下を回避する。

注入液加温器を使用後廃棄してもよく、あるいは次の使用前に殺菌してもよい。いずれの場合も、患者の利益になるように資金を無駄遣いしないために、注入液加温器のコストをできるだけ削減することが望ましい。

また、注入液加温器の携帯性、信頼性、使用の安全性及び耐久性は、救急隊員、医師、救急医療隊員、衛生下士官又は救助隊員が注入液加温器を、到着しづらい緊急の現場又は作戦地帯に持参する必要のある分野にとってとりわけ重要である。このような条件下で、救助隊員は、例えば、建造物の倒壊又は敵の砲火の危険のために、場合によっては、すし詰め状態の空間で危険にさらされながら傷者に救命のための応急処置を施さなければならないことが多い。このため、注入液加温器の大きさ、重量及び部品点数をできるだけ削減することが特に重要である。このほか、例えば、充電式電池を備える注入液加温器のための電源を救助現場に運ばなければならない。このため、注入液加温器のエネルギー効率が高いことが電源の大きさ及び重量を削減するのに有利である。

特許文献１には、ＰＣＢ型加熱器を備える注入液加温器が開示される。実施例３及び図９に開示される実施形態は、入口連結部のための支持部を有する本体部を備える。入口連結部は、本体部から突出してジグザグ模様を形成する複数の壁部によって形成される流路に連通している。流路は、壁部に接着されて流体が流出するのを防ぐ蓋によって閉じられる。流路は出口連結部で終端する。

特許文献１には、それぞれが本体部の内部と蓋の内部の少なくとも一方に挿入される２つのＰＣＢ型加熱器が開示される。本体部はＡＢＣで作成され、蓋はＰＥで作成される。ＰＣＢ型加熱器は、絶縁基板上の回路パターンによって形成される発熱抵抗器によって構築される。開示されていない材料で作成された絶縁膜が保護のために発熱抵抗器を覆って設置される。非常によく知られているように、本体部内部の内側にあるＰＣＢ型加熱器はＡＢＣ材料に埋め込まれている。このため、加熱器はＡＢＣ材料及び絶縁膜を通して加熱を実施しなければならない。このことは、蓋の内側にあり、ＰＥ及び絶縁膜を通して加熱を実施しなければならない加熱器にも適用される。

特許文献１の注入液加温器にとって不利なのは、ポリマーの熱伝導率が一般に低いにもかかわらず、ＡＢＣ材料及びＰＥ材料を通して加熱している点である。このため、加熱は反応の鈍いものとなり、あまり効率的ではない。

注入液加温器は、絶縁基板上に配置される温度センサから読み取る温度に基づいて制御される。温度センサは、加熱器の温度を測定し、ＡＢＣ及び絶縁膜とＰＥ及び絶縁膜のそれぞれを介して流路にある注入液の温度を間接的に測定する。特許文献１には、加熱器の温度を測定する温度センサを構築するための多数の解決策が開示され、そのうちの１つが図５に図示される。

発熱抵抗器は、電力を供給すると加熱し、電力を除去すると熱電対を形成するために、熱起電力の大きい２つの抵抗器を形成する異なる材料で絶縁基板の一面を被覆することによって形成される。２つの抵抗器はビアホールによって連結される。熱電対は、電力が除去されたときに接点にて加熱器の温度を測定することになる。

流体は、ＡＢＣ材料又はＰＥ材料と絶縁膜によって接点から分離されているため、加熱器の接点で測定した温度と同一の温度である必要はない。

先行技術装置の上記欠点を鑑みて、本発明の目的の１つは、流体温度を先行技術装置よりも精確に制御する注入液加温器を提供することである。

本発明の別の目的は、エネルギー効率がよく、コンパクトであり、信頼でき、費用効率の良い注入液加温器を提供することである。

国際公開第２００５／０２７５７８号

本発明の第１の態様は注入液加温器に関する。注入液加温器は、
−ＤＣ電源入力と、
−第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第１のプリント基板であって、第２の面は第１の一体型電気抵抗パターンを備える第１のプリント基板と、
−第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第２のプリント基板であって、第２の面は第２の一体型電気抵抗パターンを備える第２のプリント基板と、
−熱交換器であって、熱交換器の流体入口と流体出口との間で延びる流体流路又は流体通路によって分離される上側壁構造体と、向かい合う下側壁構造体とを備える熱交換器と、
−ＤＣ電源入力を前記第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに接続するコントローラであって、上側壁構造体の外面が第１の抵抗パターンに熱的に接続され、下側壁構造体の外面が前記第２の抵抗パターンに熱的に接続されることを特徴とするコントローラと、を具備する。コントローラは、
−ＤＣ電源入力を、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンにて電力を消費する第１の期間の間に、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに選択的に接続するように構成され、
−第２の期間の間に、第１の一体型電気抵抗パターンの抵抗及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンの抵抗を判定するように構成され、
−判定された抵抗に基づいて第１又は第２の一体型電気抵抗パターンの温度を判定するように構成される、ことを特徴とする。

本明細書で達成される注入液加温器によって、注入液の温度がさらに応答性良く、精確に制御される。

上側又は下側壁構造体それぞれに熱的に接触し、次に流体流路又は流体通路を通って流れる注入液に熱的に接触する第１又は第２の抵抗パターンの抵抗に基づいて温度を測定することによって、この温度の測定又は判定は、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンの全領域にわたる平均温度を示す。この温度判定は、流体流路に沿った単一地点での流体温度に基づくものではない。

注入液加温器の一実施形態では、ＤＣ電源入力は、１つ以上の充電式電池、例えば、リチウムイオン電池を含む電池又は電池パックによって設けられる。電池は、注入液加温器のコントローラの許容範囲内の特定の電圧を提供するように構成される。

ＤＣ電源入力は、電気抵抗パターン内で消費される電力の必要性に基づいて、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに選択的に接続される。必要な電力消費は、流体流路を通る注入液の流量、流体入口での注入液の温度、周囲温度などの要因によって決まる。

いくつかの第１の期間では、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンにて十分な電力が消費される期間中ずっとＤＣ電源入力に接続している必要があることになる。他の第１の期間では、ＤＣ電源入力は、そのような操作によって第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンにて必要な電力を消費できるのであれば、一部の期間では接続され、残りの期間では接続が切られることになる。さらに他の期間では、ＤＣ電源入力は、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンにて電力を消費する必要がないのであれば、第１の期間全体にわたって接続が切られていてもよい。

注入液加温器の一実施形態では、ＤＣ電源入力は、ＡＣ電源、例えば、電源プラグに接続される電源によって提供される。ＡＣ電源電圧は、例えば、注入液加温器のＡＣ−ＤＣ変換器にて、整流されて所要ＤＣ電圧に変換される。

注入液加温器は、第１及び第２のプリント基板、熱交換器など、流体加温器のこれまでに考察した構成要素の一部または全部を包含し、保護する外側ケーシング又はハウジングを備えてもよい。外側ケーシング又はハウジングの形状、寸法をはじめとする特徴を、添付図面を参照して以下でさらに詳細に考察する。

第１及び第２のプリント基板のそれぞれは、製造コストを低く抑えるために、多層硬質回路基板の普通の単一層であってもよい。第１及び第２のプリント基板のそれぞれは、絶縁基板と導電性パターンとを備える。導電性パターンは、第１又は第２のプリント基板上に搭載される異なる電気部品間の電気的接続を確立してもよい。また、導電性パターンはそれ自体が、注入液加温器の構成要素、即ち、第１又は第２の一体型電気抵抗パターンの一方を形成する。それ故に、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンは、第２の期間中の抵抗の判定に関連してパターン及び温度センサに電力を供給した場合、加熱器又は発熱体としての機能を果たす。当業者は、第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターン、つまり、第１及び第２の抵抗パターンの多機能性は、流体加温器の個々の構成要素の数を減らし、流体加温器に安定性の向上及びコストの低下をもたらすことを理解するであろう。

一実施形態では、第１及び第２の一体型電気抵抗パターンのそれぞれの抵抗が１１Ω未満、例えば、１〜７Ωである。

第１の抵抗パターンと熱交換器の上側壁構造体の外面との間の熱的接続は、第１のプリント基板の第２の面を上側壁構造体の外面に直接接触するように設置することによって確立される。熱伝導性のペースト又はフィルムを、例えば、組み立て前に、合わせ面に貼付して、上側壁構造体と第１の一体型電気抵抗パターンとの間の熱伝導率を増大させる。

同じように、第２の一体型電気抵抗パターンと熱交換器の下側壁構造体の外面との間の熱的接続は、第１のプリント基板の第２の面を下側壁構造体の外面に直接接触するように設置することによって確立される。熱伝導性のペースト又はフィルムを、例えば、組み立て前に、合わせ面に貼付して、下側壁構造体と第２の抵抗パターンとの間の熱伝導を増大させる。熱伝導性のペースト又はフィルムは、いずれの場合も、電気絶縁性であってもよい。

熱交換器の上側壁構造体及び下側壁構造体は、漏れ止めの関係になるように合わせて設置される。上側壁構造体と下側壁構造体とによって境界される空洞が流体入口と流体出口との間で延びる流体流路又は流体通路を形成する。

注入液加温器の一実施形態では、流体流路又は流体通路は、流体入口と流体出口との間で、熱交換器の長手方向軸に沿って実質的に一直線に延びる。

第１及び第２の抵抗パターンにて消費することができ、これにより、流体流路又は流体通路の注入液に供給される電力の量は、熱交換器の上側及び下側壁構造体のそれぞれに熱的に接触する抵抗パターンの領域に比例する。

ＤＣ電源が第１の期間中に第１及び／又は第２の抵抗パターンに連結される場合、流体流路の注入液に熱的に接触する上側及び下側壁構造体の表面の温度は、上昇して注入液の温度を越えるため、注入液を加熱することになる。

第１及び／又は第２の抵抗パターンの抵抗は、第２の期間中に判定されるか、測定される。抵抗は、測定を実施する場合、基準抵抗器を第１及び第２の抵抗パターンそれぞれに直列に導入することによって測定することができる。ＤＣ電源入力は接続される。電圧は、基準抵抗器と第１又は第２の抵抗パターンのそれぞれとの間の基準点で測定される。

また、電源の電圧は測定されるか、電源の設計から推測的に知られている。基準抵抗器の抵抗が知られていると、第１又は第２の抵抗パターンの抵抗は、オームの法則及びキルヒホッフの回路法則を用いて規定することができる。

測定を実施するとどうしても第１又は第２の抵抗パターンにて電力を消費してしまうことになるが、測定中に第１又は第２の抵抗パターンにて消費される電力を制限するために、第２の期間は短いのが望ましい。

これとは別に、第１又は第２の抵抗パターンの抵抗は、ＤＣ電源が中断されるか、接続されていない状態で、当該抵抗パターンにつながる端子上で直接測定することができる。

判定された温度の値は、注入液加温器が、注入液加温器の設定温度に近い既知の温度に暴露することによって調整される場合、正確な温度読み取りである必要はない。その結果、流体出口での注入液の温度の作動範囲は、３６°Ｃと４２°Ｃとの間の狭い間隔、例えば、約３９°Ｃのような設定点又は目標温度前後で変化するのが好ましいため、注入液加温器の制御に関連して、あらゆる製作公差が打ち消されるか、重要ではないものになることになる。

一実施形態では、ＤＣ電源入力は下記のように動作する。
１．第２の期間中に判定された温度が所定の閾値を下回る場合、第１の期間が開始される。この第１の期間の一部又は全体にわたって、ＤＣ電源入力が第１及び／又は第２の抵抗パターンに接続される。
２．判定された温度が所定の閾値を上回る場合、第１の期間が開始されてもよい。この第１の期間では、ＤＣ電源入力の接続が切られる。

温度が閾値を下回るまでステップ２を繰り返してもよい。

ＤＣ電源入力を第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに接続するステップと抵抗を判定するステップとは、一方の抵抗パターンによる注入液の加熱が他方の抵抗パターンの温度判定に影響を及ぼさないように、別々に実施してもよい。

これとは別に、第１の一体型電気抵抗パターンは、第２の一体型電気抵抗パターンの抵抗が判定されている間と同時期にＤＣ電源入力に接続されてもよく、また逆に、第２の一体型電気抵抗パターンは、第１の一体型電気抵抗パターンの抵抗を判定している間と同時期にＤＣ電源入力に接続されてもよい。言い換えれば、第１の一体型電気抵抗パターンは、第２の一体型電気抵抗パターンが第２の期間にある間と同時期に第１の期間にあってもよく、また逆に、第２の一体型電気抵抗パターンは、第１の一体型電気抵抗パターンが第２の期間にある間と同時期に第１の期間にあってもよい。

上記の注入液加温器の構造は、同一の構成要素を、これまでに考察したように多目的に用いることができるため、部品点数が減ることから、信頼性が高い。第１及び第２の抵抗パターンは、単一の材料で作成されるのが好ましい。このため、製造は費用効率が高く、異種材料を同一のプリント基板上に配置し動作させることの信頼性に関連するあらゆる欠点が除去される。

別の実施形態では、本発明による注入液加温器は、コントローラの制御信号に従って選択可能な第１のスイッチ状態及び第２のスイッチ状態を含む電子スイッチング回路を備える。電子スイッチング回路は、第１のスイッチ状態を選択することによってＤＣ電源入力を第１又は第２の一体型電気抵抗パターンに接続するように構成され、第２のスイッチ状態を選択することによって、ＤＣ電源入力と第１又は第２の一体型電気抵抗パターンとの間の接続を切るように構成される。

本発明の注入液加温器の別の実施形態では、コントローラは、第１の期間から第２の期間に切り替えるときに、１０ｍｓ〜２００ｍｓのような所定の遅延時間を提供するように構成される。ＤＣ電源と第１又は第２の一体型電気抵抗パターンとの間の接続は、所定の遅延時間の間に抵抗パターンでの電力消費を中断するために、切られることが好ましい。このため、熱交換器の上側及び下側壁構造体に熱的に接続される第１又は第２の抵抗パターンは、上記壁構造体と実質的に同一の温度に到達することになる。上側及び下側壁構造体の温度は、所定の遅延時間の間に、流体流路又は流体通路の注入液の温度に向かって収束する。このため、流体流路又は流体通路の注入液の温度は、間接的に判定することができる。所定の遅延時間は、温度判定又は温度測定の正確さを向上させることになる。

本発明の注入液加温器の別の実施形態では、コントローラは、注入液の設定温度又は目標温度に従って注入液の温度を制御する時間に、ＤＣ電源入力を第１又は第２の抵抗パターンに選択的に接続し、接続を切るように構成される。

注入液加温器の別の実施形態では、熱交換器の上側壁構造体及び下側壁構造体のそれぞれは、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上又は２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料で構成される。

熱伝導率が高くなるほど、上側及び下側壁構造体それぞれを通って第１及び／又は第２の抵抗パターンから注入液に移る熱の形態の通電の効率が上がる。

上記の材料には、金属材料、例えば、アルミニウムと、非金属材料、例えば、熱伝導性のポリマーが挙げられる。

このことの効果は、第１及び／又は第２の抵抗パターンに電力が消費される間に、第１及び／又は第２の抵抗パターンと注入液との間の温度差を小さくすることができることである。

例示的実施形態では、注入液加温器は、注入液の目標温度が３９°Ｃ±３°Ｃであり、第１及び／又は第２の抵抗パターンの最高温度が抵抗パターンで電力が消費される間に４２°Ｃ以下であるように構成される。この実施形態では、注入液の投与が中断された場合の流体加温器の二重安全機能が付加されている。例えば、流体の流れが突然中断された場合、熱交換器内で維持される注入液の温度は、熱交換器の上側及び下側壁構造体の温度まで上昇して熱平衡が達成されることになる。上側及び下側壁構造体の温度は、上側及び下側壁構造体の温度を有する注入液が患者に注入される場合、患者を負傷させる可能性のある温度を下回る。このため、注入液の流れの中断と、その後の注入液の流れの再開は、患者にとって安全なものである。

また、第２の期間中の温度測定は、伝導度が上がるほど、反応が早くなり、精確さが増大する。

一実施形態では、上側及び下側壁構造体は、熱伝導率が約１６Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるステンレス鋼から作成される。

一実施形態では、熱交換器の上側及び下側壁構造体は、熱伝導率が約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である熱伝導性ポリマーから作成される。

一実施形態では、熱交換器の上側及び下側壁構造体は、熱伝導率が約２０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるアルミニウムから作成される。

アルミニウムは、陽極酸化処理されて、第１の抵抗パターンと上側壁構造体との間に電気絶縁を提供し、第２の抵抗パターンと下側壁構造体との間に電気絶縁を提供してもよい。これにより、酸化アルミニウムの薄層が上側及び下側壁構造体の表面に付与される。酸化アルミニウム層は、熱伝導率が約３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

注入液加温器の別の実施形態では、金属製熱交換器の上側壁構造体の外面及び下側壁構造体の外面は、金属製熱交換器を第１及び第２の一体型電気抵抗パターンから電気的に絶縁する酸化アルミニウム（Ａｌ₂０₃）層、硝酸アルミニウム層又は酸化ベリリウム層のような電気絶縁材料の層又は薄板を備える。

酸化アルミニウムは生体適合性セラミック材料である。このため、患者に投与される注入液に直接接触することが許される。

注入液加温器の特定の実施形態は、医療機器に対する種々の公式電気安全基準に適合するために、金属製熱交換器の上側及び下側壁構造体の周縁を取り囲み、接触する電気絶縁フレーム、ガスケット又はリングを備えてもよい。この実施形態によれば、注入液加温器は、
−少なくとも熱交換器、第１のプリント基板及び第２のプリント基板を取り囲み、包含する外側ハウジング又はケーシングと、
−金属製熱交換器の上側及び下側壁構造体の周縁を取り囲み、接触して、熱交換器と外側ハウジングとの間の物理的接触及び電気的接触を防止する電気絶縁フレーム、ガスケット又はリングと、をさらに備える。

電気絶縁フレーム、ガスケット又はリングは、シリコーン又はゴムのような弾性物質又は弾性組成物を備えてもよく、流体加温器の熱交換器と外側ケーシングシェル又はハウジングシェルとの間に配置されてこの２つの部品の間の物理的接触及び／又は電気的接続を回避してもよい。熱交換器の周囲の電気絶縁フレーム、ガスケット又はリングのこの配置は、注入液と注入液加温器の外側ケーシング又はハウジングとの間に追加の電気的絶縁隔壁を提供して、ＡＣ電源の絶縁を強化する。

ここに挙げた注入液加温器の別の実施形態では、金属製熱交換器の上側壁構造体及び下側壁構造体は、厚さが流体流路又は流体通路全体に沿って５ｍｍ未満又は３ｍｍ未満である板状構造体を有する。

流体流路又は流体通路全体に沿う上側壁構造体又は下側壁構造体の厚さは、構造的完全性を確保することと、壁構造体を通る熱伝導を支持することとの間にトレードオフの関係があることを示す。

構造的完全性を確保するのには一定の厚さが必要である。厚さが減少するにつれて壁構造体を通る熱伝導が向上する。厚さが５ｍｍ未満又は３ｍｍ未満であれば、妥協点として良好であり、抵抗パターンに電力を供給する場合に良好な熱流量が示され、抵抗パターンへの電力供給が中断される場合に温度測定中の良好な反応性が示される。

本発明による注入液加温器の別の実施形態では、流体流路又は流体通路の幅厚比が少なくとも５０：１又は少なくとも１７５：１又は少なくとも３５０：１である。

本発明による注入液加温器の別の実施形態では、流体流路又は流体通路の厚さが０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ又は約０．２ｍｍである。

流体流路又は流体通路はさまざまな外形を有してもよい。

一実施形態では、流体流路又は流体通路は、３つの区域に分割できる。１つ目は入口側移行区域、２つ目は中央区域、３つ目は出口側移行区域である。

入口側移行区域では、流体流路又は流体通路の外形は、流体入口の直径に対応する幅から中央区域の幅に対応する幅に三角形状に移行する。入口側移行区域の流体流路又は流体通路の厚さは、流体入口の直径に対応する厚さから中央区域の厚さに対応する厚さに、こちらも三角形上に減少する。

中央区域では、流体流路又は流体通路の幅及び厚さは、出口側移行区域に向かって変化しない。

出口側移行区域では、流体流路又は流体通路の幅が減少し、厚さは、流体出口に到達するまで三角形状全体にわたって変化しない。ここでは、外形が円形形状に変化する。

上記の実施形態では、中央区域の断面積は、流体入口及び流体出口それぞれの断面積より小さい。この実施形態の中央区域では、流体流路の幅厚比は約１７５：１であり、厚さは約０．２ｍｍである。これにより、注入液は流体流路又は流体通路内で幅と比較して比較的薄いフィルム状になる。このため、流体流路又は流体通路内の注入液は、比較的高い体積当たり放熱量に暴露している。このため、注入液は、設定温度に到達するまで加熱されるのに、流体流路内を長手方向に比較的短い距離を移動するだけでよい。

注入液加温器の一実施形態では、第１及び第２の抵抗パターンの外形は、流体流路又は流体通路の外形に対応する。この実施形態は、第１及び第２の抵抗パターンから消失する電力量の最大化を達成する。

注入液加温器の別の実施形態では、コントローラ及び／又はスイッチング回路は、第１のプリント基板の第１の面に接合されるかはんだ付けされるか、あるいは第２のプリント基板の第１の面に接合されるかはんだ付けされる。

次に、コントローラは注入液加温器のプリント基板上に搭載される。また、コントローラ及び／又はスイッチング回路から抵抗パターンまでの距離は、回路の抵抗による損失を制限するためにできるだけ短くすることができる。

本発明による注入液加温器の別の実施形態では、第１のプリント基板は、
−第２の面上に形成される少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンをさらに備え、及び／又は前記第２のプリント基板は、
−第２の面上に形成される少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンをさらに備える。

第１及び第２のプリント基板に追加の抵抗パターンを導入することによって、各抵抗パターンにて消費される最大電力を低下させて電源を保護し、電力消費中の抵抗パターンの最高温度を制限することができる。

注入液加温器の一実施形態では、各追加電気抵抗パターンの抵抗が１１Ω未満、例えば、１〜７Ωである。

追加抵抗パターンは、大きさ及び抵抗が変化してもよい。

注入液加温器の別の実施形態では、熱交換器は、長手方向に延びる流体流路又は流体通路の第１及び第２の向かい合う端部それぞれに配置される流体注入口及び流体排出口を備える。

ここに挙げた注入液加温器の別の実施形態では、第１の一体型電気抵抗パターン及び少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンは、第１のプリント基板の第２の面に沿って連続して配置され、及び／又は第２の一体型電気抵抗パターン及び１つ以上の追加の分割された一体型電気抵抗パターンは、第２のプリント基板の第２の面に沿って連続して配置される。

注入液加温器の別の実施形態では、電子スイッチング回路は、
ＤＣ電源入力と第１の一体型電気抵抗パターンとの間に直列に連結される第１の制御可能半導体スイッチと、第１の制御可能半導体スイッチの入力端子及び出力端子を横断して接続される第１の基準抵抗器と、
ＤＣ電源入力と第２の一体型電気抵抗パターンとの間に直列に連結される第２の制御可能半導体スイッチと、第２の制御可能半導体スイッチの入力端子及び出力端子を横断して接続される基準抵抗器と、をさらに具備する。

第１及び第２の基準抵抗器のそれぞれの抵抗は、第１及び第２の制御可能半導体スイッチのそれぞれのオン抵抗の少なくとも１００倍大きくてもよい。

本発明の注入液加温器の別の実施形態では、電子スイッチング回路は、コントローラに連結される複数の追加の制御可能半導体スイッチであって、第１のプリント基板の少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンをＤＣ電源入力に選択的に接続し、接続を切るように構成され、及び／又は第２のプリント基板の少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンのそれぞれをＤＣ電源入力に選択的に接続し、接続を切るように構成される、制御可能半導体スイッチをさらに備える。

接続することと、接続を切ることは、判定温度と、電源から得られる電力に基づいて実施される。

本発明の注入液加温器の別の実施形態では、コントローラは、
−第１のプリント基板の第１の一体型電気抵抗パターン及び少なくとも１つの追加の一体型電気抵抗パターンをＤＣ電源入力に経時的に接続し、接続を切り、
−第２のプリント基板の第２の一体型電気抵抗パターン及び少なくとも１つの追加の一体型電気抵抗パターンをＤＣ電源入力に経時的に接続し、接続を切り、
−第２の期間中に、第１、第２又は追加の抵抗パターンのいずれかの抵抗を判定し、
−抵抗の判定に基づいて、第１、第２又は追加の抵抗パターンのいずれかの温度を判定するように、さらに構成される。

注入液加温器であって、
−ＤＣ電源入力と、
−第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第１のキャリア基板であって、第２の面は第１の複数の個別の一体型電気抵抗パターンを備える、第１のキャリア基板と、
−第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第２のキャリア基板であって、第２の面は第２の複数の個別の一体型電気抵抗パターンを備える、第２のキャリア基板と、
−熱交換器であって、熱交換器の流体入口と流体出口との間で延びる流体流路又は流体通路によって分離される上側壁構造体と、向かい合う下側壁構造体とを備える熱交換器と、
−ＤＣ電源入力を第１及び／又は第２の複数の一体型電気抵抗パターンに接続するコントローラであって、上側壁構造体の外面が第１の複数の抵抗パターンに熱的に接続され、下側壁構造体の外面が前記第２の複数の抵抗パターンに熱的に接続され、コントローラは、
−ＤＣ電源入力を、前記第１及び／又は第２の複数の一体型電気抵抗パターンから選択された抵抗パターンにて電力を消費する第１の期間の間に、選択された抵抗パターンに選択的に経時的に接続するように構成され、
−選択された抵抗パターンの抵抗を判定するように構成され、
−抵抗の判定に基づいて選択された抵抗パターンの温度を判定するように構成される、コントローラと、を備える注入液加温器には、別のもう１つの発明が認められる。

注入液加温器の別の実施形態では、第１の複数の一体型電気抵抗パターンは、第１のプリント基板の第２の面に沿って連続して配置され、第２の複数の一体型電気抵抗パターンは、第２のプリント基板の第２の面に沿って連続して配置される。

温度は、第１及び第２の複数の一体型電気抵抗パターンの各電気抵抗パターンに対して判定してもよい。このような測定値に基づいて、コントローラは、ＤＣ電源入力を、第１の複数の一体型電気抵抗パターンから選択された抵抗パターンと、目標温度に達していない可能性のある抵抗パターンのいずれかに応じた第２の複数の一体型電気抵抗パターンのそれぞれとに接続してもよい。

コントローラは、注入液が流体流路の出口にて所望温度又は目標温度を有するのを確実にすることが有利である可能性があるため、ＤＣ電源入力を流体出口に近い抵抗パターンに接続することを優先してもよい。

当業者は、第１の態様の記載に関連してこれまでに考察したさまざまな機能および特徴を、第２の発明による注入加温装置に対応させて組み込むことができることを理解するであろう。

なお、本明細書中で使用される場合、用語「含む／備える／具備する」は、記載された特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を特定するものと解釈されるが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、構成要素、またはそのグループの存在又は追加を否定するものではない。

本発明の種々の実施形態を、添付図面を参照して以下でさらに詳細に説明する。
注入液加温器を示す図。 主要構成要素を示す、図１の注入液加温器の分解図。 図１の注入液加温器の加熱部の分解図。 図１の注入液加温器のための電源部を示す図。 図４の電源の主要構成要素の分解図。 熱交換器及び加熱部の電気回路のブロック図。 加熱モードにある図６の加熱部のブロック図。 加熱モードにある電気回路の略図。 温度測定モードにある図６の加熱部のブロック図。 温度測定モードにある電気回路の略図。 加熱部のスイッチの状態／時間を示す図。

以下では、添付図面が示す実施形態を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、図示される実施形態は、例示のみを目的として用いられるものであり、本発明の範囲を限定するために用いられるべきものではない。

図面の説明では、同一又は対応する要素には、異なる図面で同一の名称を付す。このため、個々の図面／実施形態に関連して、すべての詳細を説明することはしない。

図１は本発明による注入液加温器１００を図示する。図２は、図１の注入液加温器の主要構成要素の分解図を示す。

注入液加温器１００は、外側ケーシング２００と、加熱部３００とを備え、図２を参照すると、注入管部４００と、排出管部５００と、取付部６００とを備える。

注入液加温器１００は、患者の腕をはじめとする身体の部位に直接設置されるか取り付けられるように構成される。このため、その大きさ及び重量はこの要求によって制限される。

外側ケーシング２００は、注入液加温器１００の構成要素を支持して保護する。また、外側ケーシング２００は、患者を電気ショックから保護し、電気構成要素を、例えば静電放電（ＥＳＤ）による損傷から保護するように、加熱部３００を電気的に絶縁し、いくぶん熱的に絶縁する。加熱部３００は、やけどを回避するために、例えば４２°Ｃを下回るような十分低い温度で動作するのが好ましい。このため、外側ケーシング２００の断熱性能は、あまり重要ではなくてもよい。

外側ケーシング２００は、上側シェル２０２と下側シェル２０４とを備える。図示された実施形態では、上側シェル２０２と下側シェル２０４はそれぞれ、外側ケーシング２００に設置される場合に加熱部３００、注入管部４００及び排出管部５００の形状を補完する内部支持体を備えて形成され、その結果、上側シェル２０２と下側シェル２０４とが互いに嵌合した場合にこの３つの部材が外側ケーシング２００に堅固にずれることなく取り付けられた状態で維持される。

図示された実施形態では、加熱部３００は、２つのネジ２０６によって下側シェル２０４に取り付けられる。この２つのネジは、下側シェル２０４に形成された穴を備えるスタッド２０８に加熱部３００を通って挿入される。

一実施形態では、このような穴には、小ネジに適合するようにネジ山が付けられている。

別の実施形態では、このような穴には、セルフタップ用ネジに適合するようにネジ山が付けられていない。

図示された実施形態では、上側シェル２０２及び下側シェル２０４は、射出成型プラスチック部品である。

これとは別に、上側シェル２０２及び下側シェル２０４は、他の適切な方法、例えば、フライス加工、鍛造又は３次元印刷によって形成することができる。

加熱部３００は、加熱部３００を通過して流れて患者の静脈内療法に用いられる注入液を所要温度まで加熱するように構成される。

注入液は、注入管部４００に連通する流体注入口３０２を通って加熱部３００に入り、排出管部５００に連通する流体排出口３０４を通って排出される。

加熱部３００には、図４及び図５を参照すると、電源７００の電源プラグ７８２を受容するように構成されるレセプタクル３０８に連通するＤＣ電源入力３０６を通して電力が供給される。

加熱部３００を図３にてさらに説明する。

注入管部４００はプラスチック管４０２である。このプラスチック管は、その第１の端部にルアー型（ｌｕｅｒ ｔｙｐｅ）コネクタ４０４を有する。この端部は、注入管部４００を静脈内輸液の供給源に接続するように構成される。プラスチック管４０２の第２の端部は、加熱部３００の流体注入口３０２に装着されるように構成される。流体注入口３０２は、管４０２に漏れ止め接続をもたらす返しの付いた嵌合部を備える。

排出管部５００はプラスチック管５０２である。このプラスチック管は、その第１の端部５０４で加熱部３００の流体排出口３０４に接続される。流体排出口３０４は、管５０２に漏れ止め接続を提供する返しの付いた嵌合部を備える。プラスチック管５０２の第２の端部は、排出管部５００を静脈内アクセス装置、例えば、カテーテルに接続するように構成されるルアー型コネクタ５０６を有している。

プラスチック管４０２、５０２は、柔軟なプラスチック材で作成される。

取付部６００は、注入液加温器１００を患者又は患者の近傍の支持装置に直接取り付けるように構成される。

図示された実施形態では、取付部６００は、注入液加温器１００を患者の皮膚に直接取り付ける接着パッチ６０２を備える。

取付部６００の第１の実施形態では、接着パッチ６０２は、注入液加温器１００の下側シェル２０４に付着する上側接着剤層６０４と、患者の皮膚に付着するように構成される下側接着剤層６０６と、上側接着剤層６０４と下側接着剤層６０６とを分離するキャリア層６０８とを備える。

上側接着剤層６０４は、接着パッチ６０２を注入液加温器１００に取り付けるのに適した任意の接着剤、例えばアクリル接着剤から構成され得る。

下側接着剤層６０６は、医療グレードの接着剤、例えば、医療グレードのシリコーン接着剤から構成されるものとする。キャリア層は、接着剤層６０４、６０６が破れたり、しわになったりするのを防ぐように構成される。一実施形態では、キャリア層６０８は泡層である。キャリア層６０８はこのほか、繊維層又は塗膜層であり得る。

（図示しない）第２の実施形態では、取付部６００は、外側ケーシング２００の下側シェル２０４の外形に対応する外形を有する接着パッチを備える。接着パッチは、接着パッチを注入液加温器１００に取り付ける上側接着剤層と、接着パッチを患者に取り付ける下側接着剤層とから構成される。

上側接着剤層は、接着パッチを注入液加温器１００に取り付けるのに適した任意の接着剤、例えばアクリル接着剤から構成され得る。下側接着剤層は、医療グレードの接着剤、例えば、医療グレードのシリコーン接着剤、ヒドロゲル又は医療グレードのアクリル接着剤から構成されるものとする。

この実施形態では、下側シェル２０４は、接着剤層が破れたりしわになったりするのを防ぐために作動する。

図３は、図１の注入液加温器１００の加熱部３００の分解図を示す。

加熱部３００は、コネクタピン３１０を有するレセプタクル３０８と、熱交換器３１２と、以下で第１のＰＣＢと呼ぶ第１のプリント基板３１４と、以下で第１のＰＣＢと呼ぶ第２のプリント基板３１６と、複数の熱交換器組立ネジ３１８と、加熱部組立ネジ３２０とを備える。

レセプタクル３０８については上記で説明している。

コネクタピン３１０は、図４及び図５を参照すると、電源７００の電源プラグ７８２の対応するソケットと連動する。コネクタピン３１０は、第２のＰＣＢ３１４上のＤＣ電源入力３０６と電気的に接触している。

熱交換器３１２は、上側壁構造体３２２と、向かい合う下側壁構造体３２４とを備える。外周ガスケット３２６及び中央ガスケット３２８が上側壁構造体３２２と下側壁構造体３２４との間に位置づけられて流体流路３３１を密封し、これにより、熱交換器３１２を通って流れる注入液の漏れを防止する。注入液加温器は、上側及び下側壁構造体３２２、３２４の周縁を囲み、同周縁に接触する（図示しない）電気絶縁フレーム又はリングを備えてもよい。電気絶縁フレーム又はリングは、ゴムのような弾性物質又は弾性組成物を備えてもよく、熱交換器３１２と外側ケーシング２００との間に配置されてこの２つの部品の間の物理的接触を回避してもよい。熱交換器３１２の周囲の電気絶縁フレーム又はリングのこの任意の配置は、注入液と注入液加温器の外側ケーシング２００との間に追加の電気的絶縁隔壁を提供して電源の絶縁を強化する。２つの別々の電気的絶縁隔壁のこの配置は、医療機器に対する種々の公式安全基準に適合するために、有益なものであるばかりでなく、必須のものでさえある可能性がある。

熱交換器３１２の上側壁構造体３２２は、流体注入口３０２を一端に有し、流体排出口３０４を他端に有する細長い板状の部材である。空洞３３０が上側壁構造体３２２に形成される。空洞３３０は、熱交換器３１２の流体注入口３０２と流体排出口３０４との間に延びる。空洞３３０は、図６〜図８を参照すると、外周ガスケット３２６と中央ガスケット３２８とともに、流体流路３３１又は通路を注入液のための熱交換器３１２の長手方向に形成する。

流路は３つの区域を備える。第１の区域は入口側移行区域３３２である。この区域では、熱交換器３１２の長手方向に直交する面での空洞３３０の断面が円形断面から多角形断面に移行する。第２の区域は中央区域３３４である。この区域では、空洞３３０の断面が加熱部組立ネジ３２０と関連する中央ガスケット３２８の位置から離れたところでは多角形断面から変化しないが、このネジとガスケットの位置では２つの別々の多角形へと変化する。図示された実施形態では、多角形は４つの辺を有し、矩形を形成する。空洞３３０は、中央区域の多角形が、第１及び第２のＰＣＢ３１４、３１６とそれぞれ対面する２つの向かい合う長辺と、２つの向かい合う短辺とを有するように形成される。長辺は短辺より著しく長い。第３の区域は出口側移行区域である。この区域では、空洞３３０の断面が多角形断面から円形断面に移行して流体排出口３０４と連動する。

図示された実施形態では、流体流路の厚さは０．２ｍｍである。流体流路の幅は約３５ｍｍであり、長さは約６０ｍｍである。このため、中央区域３３４での流体流路３３１の幅厚比は約１７５：１である。

上側壁構造体３２２は、外周ガスケット３２６及び中央ガスケット３２８に対する平面支承面を有する。

下側壁構造体３２４は、上側壁構造体３２２の外形に対応する外形を有する平板状部材である。

下側壁構造体３２４は、外周ガスケット３２６及び中央ガスケット３２８に対する平面支承面を有する。

熱交換器３１２は、上側壁構造体３２２と下側壁構造体３２４との間に、この２つの壁構造体がともに移動する前に、外周ガスケット３２６及び中央ガスケット３２８を挿入することによって組み立てられる。

熱交換器組立ネジ３１８は、下側壁構造体３２４の穴を通って上側壁構造体３２２のネジ穴に挿入される。熱交換器組立ネジ３１８を締め付けると熱交換器３１２の内部に漏れ止め流路が確保される。

上側及び下側壁構造体３２２、３２４は、熱伝導率の高いアルミニウムで作成される。

上側及び下側壁構造体のアルミニウムは、陽極酸化処理を介して不動態化される。これにより、酸化アルミニウム（Ａｌ₂０₃）の層がアルミニウムの表面に付加される。この酸化アルミニウム層は、生体適合性を有するため、注入液を、患者に投与する前に上側及び下側壁構造体３２２、３２４の陽極酸化処理された表面に直接接触させることができる。

陽極酸化処理は、アルミニウムの良好な耐腐食性を提供するものである。また、酸化アルミニウム層は非導電性である。酸化アルミニウム層の熱伝導率はアルミニウムよりも低下するが、この層は非常に薄い可能性があるため、加熱部３００の動作に顕著な効果を及ぼすことはない。

外周ガスケット３２６及び中央ガスケット３２８は、シリコーン、例えば医療グレードのシリコーンで作成される。

第１のＰＣＢ３１４は、第１の面３３８と、向かい合う第２の面３４０とを有する。第２の面３４０は、加熱部３００に組み込む場合、熱交換器３１２の上側壁構造体３２２の外面３４２に接触して設置される。第１のＰＣＢ３１４の第２の面３４０は、上側壁構造体の外面３４２の形状を補完して面全域の接触を良好なものにする平面である。さらに、熱伝導性のペースト又はフィルムの層が第１のＰＣＢ３１４と上側壁構造体３２２との間に追加されて、この２つの部品の間の熱的接続又は熱的結合を良好なものにする。

第２のＰＣＢ３１６は、第１の面３４４と、向かい合う第２の面３４６とを有する。第２の面３４６は、加熱部３００に組み込む場合、熱交換器３１２の下側壁構造体３２４の外面３４８に接触して設置される。第１のＰＣＢ３１４の第２の面３４６は、下側壁構造体の外面３４８の形状を補完して面全域の接触を良好なものにする平面である。さらに、熱伝導性のペースト又はフィルムの層が第２のＰＣＢ３１６と下側壁構造体３２４との間に追加されて、この２つの部品の間の熱的結合又は熱的接続を良好なものにする。

第１及び第２のＰＣＢ３１４、３１６はそれぞれ、電気抵抗パターン３５０を有する。図３では、第２のＰＣＢ３１６上の電気抵抗パターンは、見えないように隠される。しかし、第２のＰＣＢ３１６上の電気抵抗パターンは、図３で視認できる第１のＰＣＢ３１４上の電気抵抗パターン３５０に類似する。

図示された実施形態では、第１及び第２のＰＣＢ３１４、３１６の電気抵抗パターンはそれぞれ、その第２の面３４０、３４６上に５分割された一体型電気抵抗パターンを備える。

図示された実施形態では、電気抵抗パターン３５０に対する電力の付与を制御する電気部品は、第２のＰＣＢ３１６の第１の面３４４上に配置される。これには集積回路（ＩＣ）の形態のコントローラ３５２と基準抵抗器３５４とが含まれる。

コントローラ３５２は、第１及び第２のＰＣＢ３１４、３１６上の電気抵抗パターン３５０に対する電力の付与を制御するように構成され、電気抵抗パターン３５０の抵抗を判定するように構成される。

電気抵抗パターン３５０に電力が付与された場合、電力は電気抵抗パターン３５０を構成する材料内で消費されて熱を発する。抵抗パターン３５０が熱交換器３１２の上側及び下側壁構造体３２２、３２４の外面３４２、３４８に熱的に接触しているため、上側及び下側壁構造体３４２、３４８の温度は、駆動した抵抗パターン３５０の近傍で上昇することになる。このため、流体流路３３１を通って流れる注入液の温度は、図６〜図８を参照すると、流体注入口３０２と流体排出口３０４との間で上昇することになる。

これまでに記載したように流体流路の幅対高さの比率が１７５：１であるため、電力が付与された場合に加熱器又は発熱体として作動する電気抵抗パターン３５０の領域は、流体流路の厚さに対して比較的高い。また、流体流路の高さが低いため、注入液は急速に加熱される。当業者は、熱力学の法則に基づいて、比較的大きな電力量を注入液に対して消費しながらも、熱交換器の表面の温度上昇を比較的小さくすることが可能であることを理解するであろう。このため、熱交換器構造体の温度は、ほぼ注入液の温度である。

図４は、図１及び図５の注入液加温器１００のための電源部７００を図示し、図４の電源の主要構成要素の分解図を示す。

電源部７００は、電源ケーシング７２０と、電池パック７４０と、電源コントローラ７６０と、電力ケーブルアセンブリ７８０とを備える。

電源ケーシング７２０は、電源部７００内の構成要素を支持し保護する。さらに、電源ケーシング７２０は、作業者を電気ショックから保護し、電気部品を、例えば、静電放電（ＥＳＤ）による損傷から保護するように、電気絶縁を提供する。

電源ケーシング７２０は、前面シェル７２２と後面シェル７２４とを備える。組み立てられた時点では、眼状部７２６が、前面シェル及び後面シェルそれぞれの相補開口７２８によって形成され、例えば、眼状部７２６を通したフック又は紐によって、電源部７００を点滴スタンドから吊り下げる。

前面シェル７２２及び後面シェル７２４は、カットアウト７３０を備えて形成される。カットアウトはそれぞれ、前面シェル７２２と後面シェル７２４が組み立てられた時点で、開口の半分を形成する。

後面シェル７２４と、オプションとしての前面シェル７２２とはそれぞれ、その表面の一部に（図示しない）滑らない材料を備えて形成される。滑らない材料は、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）又はゴム材料である。

前面シェル７２２は複数の小開口７３２を備えて形成される。このような小開口は、状態情報を提供するＬＥＤに対する視覚的アクセスを提供する。薄片ラベル７３４が開口７３２を覆うために設けられる。ラベル７３４の外形に対応する外形と、ラベルの厚さに対応する深さとを有する凹部７３８が前面シェル７２２の外側に形成される。薄片ラベル７３４は、ＬＥＤと一直線に並ぶ透明窓又は半透明窓を有し、その結果、ＬＥＤが窓を通して視認でき、状態情報を作業者に提供できると同時に、電源ケーシング７２０の内部につながる開口７３２が閉鎖される。

図示しない実施形態では、注入液加温器１００は、状態及び警報を音声認識可能に提供する可聴警報手段を備える。

図示された実施形態では、前面シェル７２２及び後面シェル７２４は、射出成形プラスチック部品であり、成形工程中に２種類の材料を導入する２Ｋ成形工程で成形される。

まず、ポリカーボネート及びアクリロニトリル・ブタジエン・スチレンの混合物（ＰＣ−ＡＢＳ）を、シェルを形成するための鋳型に導入する。次に、熱可塑性エラストマーを導入して、シェルの一部を覆って滑らない材料を形成する。

前面シェル７２２と後面シェル７２４とは超音波溶接によって接続される。

電池パック７４０は、複数の電池７４２、例えばリチウムポリマー（Ｌｉ−Ｐｏ）電池又はリチウムイオン（Ｌｉ−Ｉｏｎ）電池を備える。

電源コントローラ７６０は、電池パック７４０から電力ケーブルアセンブリ７８０、最終的に注入液加温器１００に特定の電圧で電力を提供するように構成され、前面シェル７２２を通って視認可能なＬＥＤを介して状態情報を提供するように構成され、電池パック７４０の再充電を制御するように構成されるコントローラを有するプリント基板（ＰＣＢ）７６２を備える。

電力ケーブルアセンブリ７８０は、電源プラグ７８２と、ケーブル７８４と、ケーブルを電源コントローラ７６０に電気的に接続する接続手段７８６とを備える。

電源プラグ７８２は、注入液加温器１００のレセプタクル３０８に挿入されるように構成される。電源プラグ７８２のソケットは、レセプタクルに挿入された場合、コネクタピン３１０と係合し、注入液加温器１００と電源部７００との間に電気的接続を提供する。

図６は、加熱部３００の電気回路３５６及び熱交換器３１２の簡素化された概略ブロック図を示す。

ブロック図では、電気回路の正極側のみを簡略化のために示している。当業者は、電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀のそれぞれがＤＣ電源Ｖ_DDの負の電位に、例えば、接地接続を介して接続されることを理解するであろう。

熱交換器３１２を関連する電気部品とともに示す。流体流路又は流体通路３３１は、第１のＰＣＢ３１４が取り付けられた上側壁構造体３２２と第２のＰＣＢ３１６が取り付けられた下側壁構造体３２４とによって境界される。

第１の一体型電気抵抗パターンＲ₁と、４分割された追加の一体型電気抵抗パターンＲ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、あるいは単に複数の一体型電気抵抗パターンが第１のＰＣＢ３１４の第２の面３４０上に形成される。第２の一体型電気抵抗パターンＲ₆と４分割された一体型電気抵抗パターンＲ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀、あるいは単に複数の一体型電気抵抗パターンが第２のＰＣＢ３１６の第２の面３４６上に形成される。

複数の制御可能半導体スイッチＧ₁／ＳＷ₁、Ｇ₂／ＳＷ₂、Ｇ₃／ＳＷ₃、Ｇ₄／ＳＷ₄、Ｇ₅／ＳＷ₅、Ｇ₆／ＳＷ₆、Ｇ₇／ＳＷ₇、Ｇ₈／ＳＷ₈、Ｇ₉／ＳＷ₉、Ｇ₁₀／ＳＷ₁₀であって、それぞれが抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀に直列に連結される半導体スイッチを備える電子スイッチング回路を提供する。スイッチＧ₁／ＳＷ₁、Ｇ₂／ＳＷ₂、Ｇ₃／ＳＷ₃、Ｇ₄／ＳＷ₄、Ｇ₅／ＳＷ₅、Ｇ₆／ＳＷ₆、Ｇ₇／ＳＷ₇、Ｇ₈／ＳＷ₈、Ｇ₉／ＳＷ₉、Ｇ₁₀／ＳＷ₁₀は、共通の回路ノードＶ_MESに連結される。制御可能半導体スイッチＧ₁／ＳＷ₁、Ｇ₂／ＳＷ₂、Ｇ₃／ＳＷ₃、Ｇ₄／ＳＷ₄、Ｇ₅／ＳＷ₅、Ｇ₆／ＳＷ₆、Ｇ₇／ＳＷ₇、Ｇ₈／ＳＷ₈、Ｇ₉／ＳＷ₉、Ｇ₁₀／ＳＷ₁₀のそれぞれは、ＮＭＯＳ又はＰＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳＦＥＴを備えてもよい。

基準制御可能半導体スイッチＧ_Ref／ＳＷ_RefをＤＣ電源入力Ｖ_DDと共通の回路ノードＶ_MESとの間に連結する。基準制御可能半導体スイッチＧ_Ref／ＳＷ_Refは、ＮＭＯＳ又はＰＭＯＳトランジスタのようなＭＯＳＦＥＴを備えてもよい。第１の基準抵抗器Ｒ_Refは、基準スイッチＧ_Ref／ＳＷ_Refの入力端子と出力端子を横断して連結される。第１の基準抵抗器Ｒ_Refは、公差が、例えば、１％未満と小さく、このほか好ましくは、温度係数も小さい精密抵抗体を備えてもよい。

代替実施形態では、第２のＰＣＢ３１６の第２の面３４６上に形成される第２の一体型電気抵抗パターンＲ₆と４分割された追加の一体型電気抵抗パターンＲ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀に接続されるスイッチＧ₆／ＳＷ₆、Ｇ₇／ＳＷ₇、Ｇ₈／ＳＷ₈、Ｇ₉／ＳＷ₉、Ｇ₁₀／ＳＷ₁₀は、（図示しない）第２の共通の回路ノードＶ_MES2に連結される。代替回路は、ＤＣ電源入力Ｖ_DDと（図示しない）第２の共通の接点Ｖ_MES2との間に連結される（図示しない）第２の制御可能半導体スイッチＧ_Ref2／ＳＷ_Ref2を備える。第２の基準抵抗器Ｒ_Ref2を第２のスイッチＧ_Ref2／ＳＷ_Ref2の両端子を横断して連結する。

一実施形態では、コントローラは、電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀のそれぞれでの電力消費を制御する比例・積分・微分コントローラ（ＰＩＤコントローラ）を備える。

図７ａは加熱モードにある図６の加熱部のブロック図を示し、図７ｂは加熱モードにある電気回路３５６の等価図を示す。

図７ａでは、基準スイッチＧ_Reffが閉じられ、スイッチＧ₁／ＳＷ₁が閉じられる。このため、第１の抵抗パターンＲ₁は、第１の動作期間中にＤＣ電源入力Ｖ_DDに連結される。

図７ｂでは、電気抵抗パターンＲ₁の加熱モードに対応する等価電気回路を示す。

基準抵抗器Ｒ_Refは、スイッチＧ_Refの抵抗器ＳＷ_Refに並列に連結される。スイッチＳＷ₁及び電気抵抗パターンＲ₁の抵抗器は、前記２つの抵抗器に直列に連結される。電気抵抗パターンＲ₁はＤＣ電源電圧の負極側に接続される。

基準抵抗器Ｒ_Refの抵抗は７５オームであり、スイッチＧ_Ref、ＳＷ₁のそれぞれの抵抗は約１５ミリオームである。ＤＣ電源Ｖ_DDによって供給される電力の大部分は電気抵抗パターンＲ₁で消費される。一例では、電気抵抗パターンＲ₁の抵抗は５オームである。ＤＣ電源Ｖ_DDの２４ＶＤＣによって、１１４Ｗの電力が電気抵抗パターンＲ₁で消費されることになる。

図８ａは、第２の期間中に温度測定モードにある図６の加熱部のブロック図を示す。図８ｂは、温度測定モードにある電気回路３５６の等価図を示す。

図８ａでは、基準スイッチＧ_Ref／ＳＷ_Refは開放され、即ち、非導電性であり、スイッチＧ₁／ＳＷ₁は閉鎖され、即ち、導電性である。基準抵抗器Ｒ_Refは、スイッチＧ₁／ＳＷ₁及び電気抵抗パターンＲ₁に直列に連結される。電気抵抗パターンＲ₁はＤＣ電源入力の負極側に接続される。

ＤＣ電源Ｖ_DDのＤＣ電圧は事前に知られているか、加熱部３００の動作中に測定され、電圧はＶ_MESで測定される。

Ｖ_MESで測定されたＤＣ電圧及び基準抵抗器Ｒ_Refの知られている抵抗に基づいて、回路の電流を計算することができる。Ｒ_SW1の抵抗が知られているか、Ｒ₁の抵抗と比較して好ましくはわずかであるとき、電気抵抗パターンＲ₁の抵抗が唯一知られていない。それ故、Ｒ₁の抵抗は、わかっている回路変数に基づいて、容易に判定するか、計算することができる。

電気抵抗パターンＲ₁の判定された抵抗によって、電気抵抗パターンＲ₁のわかっている温度係数に基づいて、電気抵抗パターンＲ₁の瞬間的な温度を判定するか、演算することができる。電気抵抗パターンＲ₁の瞬間的な温度は、加熱を制御するのに用いられる。

図９は、１４０ｍｓの期間の図６の加熱部のスイッチＳＷ_Ref、ＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃、ＳＷ₄、ＳＷ₅、ＳＷ₆、ＳＷ₇、ＳＷ₈、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀のそれぞれの状態、即ち、導電／閉鎖か非導電／開放のいずれかの例を示す状態／時間略図を示す。

略図では、値０がスイッチの開放を示し、値１がスイッチの閉鎖を示す。

ここに挙げた例示的実施形態では、第１の期間は１００ｍｓ持続するように設定される。第１の期間は、一目盛り５ｍｓ又はスイッチを閉鎖することができる最小時間を規定する部分区間にさらに分割される。これとは別に、第１の期間及び下位区分の長さは、例えば、温度制御の正確さを向上させる必要がある場合などの特定の適用例が必要とする他の長さに調整することができる。

第２の期間は２０ｍｓ持続するように設定され、一目盛り１ｍｓにさらに分割される。コントローラは、最小期間の１ｍｓの間、スイッチを閉鎖するか開放することを選択してもよい。しかし、測定を、さらに短い期間、即ち、全抵抗器に対してわずか１．５ｍｓ内に完了してもよい。

略図は、３つの個別期間を示す。−２０ｍｓから０ｍｓは、全スイッチが開放される遅延期間である。０ｍｓから２０ｍｓは、電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀のそれぞれの温度が判定される第２の期間である。２０ｍｓから１００ｍｓは、ＤＣ電源が抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀に選択的に接続される第１の期間である。１００ｍｓから１２０ｍｓは、全スイッチが開放される第２の遅延期間である。

遅延期間の間、これまでに記載したように、全スイッチが開放される。このため、電力が電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀のいずれでも消費されることがない。このため、このような電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀の温度は、アルミニウム熱交換器を介した流体流路３３１又は通路の注入液と抵抗パターンを保持するＰＣＢとの間の熱的結合が良好であるため、熱交換器３１２の流体流路３３１又は通路の注入液の温度に向かって収束することになる。

第２の期間の間、スイッチＳＷ₁、ＳＷ₂、ＳＷ₃、ＳＷ₄、ＳＷ₅、ＳＷ₆、ＳＷ₇、ＳＷ₈、ＳＷ₉、ＳＷ₁₀のそれぞれが順々に一時的に閉鎖されて電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀を、接触点Ｖ_MESにて電圧を測定するＤＣ電源入口に連続的に接続し、これにより、電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀のそれぞれの温度を判定する。各スイッチは、できるだけ短期間閉鎖して各抵抗パターンでの電力消費を制限してもよい。

コントローラは、温度測定値に基づいて電力管理を実施する。コントローラ３５２は、流体流路又は流体通路３３１の注入液の温度を維持するか上昇させるために、消費することになる所要電力を計算する。電力消費は、最低温度の抵抗パターンを優先して、電気抵抗パターンＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆、Ｒ₇、Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀の間に分布してもよい。また、ＤＣ電源入力から引き出すことができる最大電流をこのほか、考慮に入れてもよい。

ここに挙げた例では、第２の期間中の温度判定から、注入液の温度が出口端に向かうにつれて低下することが明らかになったと推測される。このため、２０ｍｓから開始される次の第１の期間中に、出口に近い方の抵抗パターン及び対応するスイッチが優先される。スイッチＳＷ_Refは、加熱モードにあるＤＣ電源入力を接続するために、第１の期間の全体である２０ｍｓから１００ｍｓの間閉じられる。出口端に最も近い抵抗パターンにて電力消費を惹き起こすスイッチＳＷ₅及びＳＷ₁₀は、それぞれ１５ｍｓの間、第１のスイッチとして閉じられる。次に、スイッチＳＷ₄及びＳＷ₉が１０ｍｓの間閉じられる。残りのスイッチは、ＳＷ₃、ＳＷ₈、ＳＷ₂、ＳＷ₇、ＳＷ₁、ＳＷ₆の順で、それぞれ５ｍｓの間閉じられる。このため、出口に近い方の電気抵抗パターンＲ₄、Ｒ₅、Ｒ₉、Ｒ₁₀で消費する電力の方が、その他の電気抵抗パターンで消費する電力よりも大きいものであった。このため、第２の遅延期間（１００ｍｓから１２０ｍｓ）の後の次の温度測定の間、出口端に近づくほど注入液の温度が高くなる可能性がある。

これ以降の第１の期間では、スイッチが開閉する順序及び継続時間は、次の第１の期間の直前の第２の期間での温度判定に従って変化してもよい。

なお、図面及びこれまでの記載では、注入液加温器の例示的実施形態を簡素かつ概略的に示した。

特許文献１には、それぞれが本体部の内部と蓋の内部の少なくとも一方に挿入される２つのＰＣＢ型加熱器が開示される。本体部はＡＢＳ（ＡＢＳ樹脂）で作成され、蓋はＰＥで作成される。ＰＣＢ型加熱器は、絶縁基板上の回路パターンによって形成される発熱抵抗器によって構築される。開示されていない材料で作成された絶縁膜が保護のために発熱抵抗器を覆って設置される。非常によく知られているように、本体部内部の内側にあるＰＣＢ型加熱器はＡＢＳ材料に埋め込まれている。このため、加熱器はＡＢＳ材料及び絶縁膜を通して加熱を実施しなければならない。このことは、蓋の内側にあり、ＰＥ及び絶縁膜を通して加熱を実施しなければならない加熱器にも適用される。

特許文献１の注入液加温器にとって不利なのは、ポリマーの熱伝導率が一般に低いにもかかわらず、ＡＢＳ材料及びＰＥ材料を通して加熱している点である。このため、加熱は反応の鈍いものとなり、あまり効率的ではない。

注入液加温器は、絶縁基板上に配置される温度センサから読み取る温度に基づいて制御される。温度センサは、加熱器の温度を測定し、ＡＢＳ及び絶縁膜とＰＥ及び絶縁膜のそれぞれを介して流路にある注入液の温度を間接的に測定する。特許文献１には、加熱器の温度を測定する温度センサを構築するための多数の解決策が開示され、そのうちの１つが図５に図示される。

流体は、ＡＢＳ材料又はＰＥ材料と絶縁膜によって接点から分離されているため、加熱器の接点で測定した温度と同一の温度である必要はない。

Claims (18)

1. −ＤＣ電源入力と、
   −第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第１のプリント基板であって、前記第２の面は第１の一体型電気抵抗パターンを備える第１のプリント基板と、
   −第１の面と、向かい合う第２の面とを備える第２のプリント基板であって、前記第２の面は第２の一体型電気抵抗パターンを備える第２のプリント基板と、
   −熱交換器であって、前記熱交換器の流体入口と流体出口との間で延びる流体流路又は流体通路によって分離される上側壁構造体と、向かい合う下側壁構造体とを備える熱交換器と、
   −前記ＤＣ電源入力を前記第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに接続するコントローラであって、前記上側壁構造体の外面が前記第１の抵抗パターンに熱的に接続され、前記下側壁構造体の外面が前記第２の抵抗パターンに熱的に接続されることを特徴とし、前記コントローラは、
   −前記ＤＣ電源入力を、前記第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンにて電力を消費する第１の期間の間に、前記第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに選択的に接続するように構成され、
   −第２の期間の間に、前記第１の一体型電気抵抗パターンの抵抗及び／又は前記第２の一体型電気抵抗パターンの抵抗を判定するように構成され、
   −判定された前記抵抗に基づいて前記第１又は第２の一体型電気抵抗パターンの温度を判定するように構成される、ことを特徴とするコントローラと、を具備する注入液加温器。
2. 前記注入液加温器は、前記コントローラの制御信号に従って選択可能な第１のスイッチ状態及び第２のスイッチ状態を含む電子スイッチング回路であって、前記電子スイッチング回路は、前記第１のスイッチ状態を選択することによって前記ＤＣ電源入力を前記第１及び／又は第２の一体型電気抵抗パターンに接続するように構成され、前記第２のスイッチ状態を選択することによって、前記ＤＣ電源入力と前記第１又は第２の一体型電気抵抗パターンとの間の接続を切るように構成される、電子スイッチング回路を具備する、請求項１に記載の注入液加温器。
3. 前記コントローラは、前記第１の期間から前記第２の期間に切り替えるときに、１０ｍｓから２００ｍｓのような所定の遅延時間を提供するように構成され、前記所定の遅延時間の間、前記ＤＣ電源と前記第１又は第２の一体型電気抵抗パターンとの間の接続が切られる、請求項１又は２に記載の注入液加温器。
4. 前記コントローラは、前記注入液の所望温度又は目標温度に従って前記注入液の前記温度を制御するために、前記ＤＣ電源入力を経時的に前記第１又は第２の一体型電気抵抗パターンに選択的に接続し、接続を切るように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の注入液加温器。
5. 前記上側壁構造体及び前記下側壁構造体は、１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上又は２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料で構成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の注入液加温器。
6. 前記熱交換器の前記上側壁構造体及び前記下側壁構造体は、前記流体流路又は流体通路全体にわたる厚さが５ｍｍ未満又は３ｍｍ未満である板状構造体を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の注入液加温器。
7. 前記熱交換器の前記上側壁構造体及び下側壁構造体のそれぞれが金属材料、例えば、アルミニウムから構成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の注入液加温器。
8. −少なくとも前記熱交換器、前記第１のプリント基板及び前記第２のプリント基板を取り囲み、包含する、外側ハウジング又はケーシングと、
   −金属製の前記熱交換器の前記上側及び下側壁構造体の周縁を取り囲み、接触して、前記熱交換器と前記外側ハウジングとの間の物理的接触及び電気的接触を防止する、電気絶縁フレーム、ガスケット又はリングと、
   をさらに具備する、請求項７に記載の注入液加温器。
9. 前記流体流路又は流体通路の幅厚比が少なくとも５０：１又は少なくとも１７５：１又は少なくとも３５０：１である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の注入液加温器。
10. 前記流体流路又は流体通路の厚さが０．１ｍｍと０．５ｍｍとの間である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の注入液加温器。
11. 前記コントローラ及び／又はスイッチング回路は、前記第１のプリント基板の前記第１の面に接合又ははんだ付けされるか、あるいは前記第２のプリント基板の前記第１の面に接合又ははんだ付けされる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の注入液加温器。
12. 前記第１のプリント基板は、
    −前記第２の面上に形成される少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンをさらに備え、及び／又は
    前記第２のプリント基板は、
    −前記第２の面上に形成される少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンをさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の注入液加温器。
13. 前記第１の一体型電気抵抗パターン及び前記少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンは、前記第１のプリント基板の前記第２の面に沿って連続して配置され、及び／又は
    前記第２の一体型電気抵抗パターン及び前記１つ以上の追加の分割された一体型電気抵抗パターンは、前記第２のプリント基板の前記第２の面に沿って連続して配置される、
    請求項１２に記載の注入液加温器。
14. 前記電子スイッチング回路は、
    前記ＤＣ電源入力と前記第１の一体型電気抵抗パターンとの間に直列に連結される第１の制御可能半導体スイッチと、前記第１の制御可能半導体スイッチの入力端子及び出力端子を横断して接続される第１の基準抵抗器と、
    前記ＤＣ電源入力と前記第２の一体型電気抵抗パターンとの間に直列に連結される第２の制御可能半導体スイッチと、前記第２の制御可能半導体スイッチの入力端子及び出力端子を横断して接続される基準抵抗器と、をさらに具備する、
    請求項２〜１３のいずれか１項に記載の注入液加温器。
15. 前記第１及び第２の基準抵抗器のそれぞれの抵抗が、前記第１及び第２の制御可能半導体スイッチのそれぞれのオン抵抗の少なくとも１００倍大きい、請求項１４に記載の注入液加温器。
16. 前記第１及び第２の一体型電気抵抗パターンのそれぞれの抵抗が１１Ω未満、例えば、１〜７Ωである、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の注入液加温器。
17. 前記電子スイッチング回路は、
    前記コントローラに連結される複数の追加の制御可能半導体スイッチであって、
    前記第１のプリント基板の前記少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンを前記ＤＣ電源入力に選択的に接続し、接続を切るように構成され、及び／又は
    前記第２のプリント基板の前記少なくとも１つの追加の分割された一体型電気抵抗パターンのそれぞれを前記ＤＣ電源入力に選択的に接続し、接続を切るように構成される、制御可能半導体スイッチ
    をさらに具備する、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の注入液加温器。
18. 前記コントローラは、
    −前記第１のプリント基板の前記第１の一体型電気抵抗パターン及び前記少なくとも１つの追加の一体型電気抵抗パターンを前記ＤＣ電源入力に経時的に接続し、接続を切り、
    −前記第２のプリント基板の前記第２の一体型電気抵抗パターン及び前記少なくとも１つの追加の一体型電気抵抗パターンを前記ＤＣ電源入力に経時的に接続し、接続を切り、
    −第２の期間中に、前記第１、第２又は追加の抵抗パターンのいずれかの抵抗を判定し、
    −前記抵抗の判定に基づいて、前記第１、第２又は追加の抵抗パターンのいずれかの温度を判定するように、さらに構成される、請求項１７に記載の注入液加温器。

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