KR19990071807A - 혈액온열장치 - Google Patents

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KR19990071807A
KR19990071807A KR1019980704087A KR19980704087A KR19990071807A KR 19990071807 A KR19990071807 A KR 19990071807A KR 1019980704087 A KR1019980704087 A KR 1019980704087A KR 19980704087 A KR19980704087 A KR 19980704087A KR 19990071807 A KR19990071807 A KR 19990071807A
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KR1019980704087A
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랜달 제이 스워드
존 엠. 콜린스
로날드 제이. 포니
마이클 에이. 리드
카스트로 호세 타데오 드
Original Assignee
데이비드 씨. 맥키, 토마스 제어. 시바티노
박스터 인터내쇼날 인코포레이티드
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Abstract

유체의 제어식 가열을 위한 장치(10)가 제공된다. 장치(10)는 열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체(14)를 활주 가능하게 수용하도록 절두 원추형으로 성형된 외부 표면(36)을 갖는 대체로 긴 가열 코어(16)를 구비하며, 조립체는 코어의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러싼다. 조립체(14)는 코어(16)를 따른 상방으로의 대체로 한 방향으로의 시트형 유동을 위한 밀봉 통로(46)를 형성한다. 제어 시스템(20)은 가변 유량 하에 있는 유체가 통로(46)로부터 유동하기 전에 과열됨이 없이 요구되는 온도로 가열되도록 가열 코어(16)를 선택적으로 작동시킨다.

Description

혈액 온열 장치
<발명의 배경>
본 발명은 일반적으로 유체 온열 장치(fluid warming apparatus)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수혈 과정 등을 위한 제어된 온도 조건 하에서 전혈(whole blood)과 같은 비경구성 유체(parenteral fluid)를 가열시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전혈은 장기간에 걸쳐 혈액의 품질을 보존하도록 약 4℃ 온도로 냉장 상태 하에서 저장된다. 혈액을 환자에게 주입하고자 하는 경우 이 혈액은 저체온증에 대한 가능성과 부수적인 심실 섬유성 연축 및 심장 수축에 대한 위험성을 회피하기 위해서 약 37℃의 인체의 온도로 혈액을 가열시킬 필요가 있다. 한편, 온열 처리 중에 혈액 온도가 과도하게 상승되면 혈액은 응고되거나 열화될 수 있다.
많은 외과 수술 과정에 있어서, 수술 과정 중의 사용을 위해 가열되어야 하는 혈액의 양은 크게 변동될 수 있다. 모든 예견된 상태를 위해 충분한 혈액량이 가열되는 경우 가열된 혈액 전부가 사용되지 않고 일부분만 사용될 수 있으며, 그 결과 혈액은 보통 다시 냉장될 수 없기 때문에 과잉 혈액의 낭비가 있을 수 있다. 또한, 사고 희생자나 기타 비상시에 있어서는 수혈용의 다량의 혈액을 가열시키는 데 요구되는 시간이 중요한 인자가 될 수 있다.
다량의 혈액을 가열하기 위해서 혈액은 저장 조립체로부터 환자에게로 수혈되면서 가열될 수 있다. 그러나, 요구되는 유량은 많은 외과 수술 조건 또는 과정에 따라 상이할 수 있다. 심지어는 동일 외과 수술 과정 중에도 혈액의 유량이 크게 변할 수 있다. 예를 들어, 한 수술 과정에서 환자는 급작스러운 출혈이 발생할 수 있으며 그에 따라 환자 체내로의 혈액 유동이 급격하게 증가되어야 한다. 출혈이 멈춘 후에 혈액 유동은 급격하게 감소될 수 있다.
따라서, 혈액과 같은 유체의 크게 변동하는 유량을 제어 가능하게 가열시켜서 이 유체를 대체로 일정한 요구되는 온도로 환자에게 수혈할 수 있는 것이 바람직하다. 부가적으로, 유체가 온도 상한을 가지면 그 가열은 유체를 과열시키거나 열화시키지 않고 이루어져야 한다.
더욱이, 과도한 복잡성이 없이 작동될 수 있고, 유체를 요구되는 출구 온도로 정확하게 가열할 수 있는 제어 시스템을 구비한 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
또한, 제어 시스템 내의 고장으로 인한 과잉 가열을 방지하는 안전 특징부를 합체한 유체 온열 장치를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 가열 중인 유체의 온도는 수술자 및 기타 보조원이 쉽게 알 수 있어야 한다.
더욱이, 잘못 사용될 가능성이 감소되도록 장치 사용시의 임의의 설치 및 작동상의 감시를 단순화하는 혈액 온열 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
오염된 유체의 신체 내로의 주입에 의한 질병 전염 위험으로 인해, 어떠한 유체 온열 장치도 유체의 오염을 허용하지 않는 것이 매우 중요하다. 흔히 혈액 온열 장치는 일회용 튜브 또는 백(bag) 등의 일회용 요소를 합체하게 된다. 이 요소는 유체가 온열 장치를 통해 유동할 때 유체를 완전히 수용한다.
어떠한 일회용 요소도 온열 장치의 "비일회용(nondisposable)" 요소와 함께 사용하기가 용이한 것이 바람직하다. 또한, 일회용 요소가 대체로 상술한 온열 장치의 한 요소인 경우에, 이 요소는 온열 장치의 성능을 손상시키지 않고 변동하는 유량을 처리할 수 있어야 한다. 또한, 임의의 일회용 요소는 낭비를 감소시키기 위해 원동 용적(priming volume)이 작아야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 향상된 개량된 유체 온열 장치를 제공하기 위한 것이다. 관련된 목적은 특히 외과 수술 과정 중에 사용하기 위한 전혈과 같은 저온의 비경구성 유체를 가열시키는 데 적합한 향상된 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 혈액 및 기타 비경구성 유체를 광범위한 유량에 걸쳐서 대체로 일정한 온도로 가열시키는 향상된 유체 온열 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 조작이 편리하고 수술자의 관리를 최소로 요구하는 향상된 유체 온열 장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 최소 설치 시간을 요하는 향상된 유체 온열 장치를 제공하는 데에 있다. 더욱이, 설치는 효율적이고 안전하게 달성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 목적은 온열 처리 중에 유체와 접촉하게 되는 장치의 요소가 폐기 가능한 향상된 유체 온열 장치를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 하나의 목적은 향상된 온열 장치의 비일회용 요소의 작동 특성과 통합되도록 구성된 일회용 요소를 제공하는 데에 있다. 관련 목적은 향상된 온열 장치의 작동 특성을 손상시키지 않고 크게 변동하는 유량을 수용할 수 있는 일회용 요소를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 작은 원동 용적을 사용하는 일회용 요소를 제공하는 데에 있다. 관련 목적은 일회용 요소가 비일회용 요소에 대한 정확한 작동상의 부착을 용이하게 하는 데 있다.
<발명의 요약>
따라서, 유동 유체를 가열시키기 위한 장치가 제공된다. 장치는 광범위한 또는 변동하는 유량에 걸쳐 유체를 가열시킨다. 장치의 바람직하게는 일회용인 조립체는 변동하는 유량을 수용한다.
장치는 축선을 한정하는 대체로 긴 가열된 맨드릴(mandrel)을 구비한 가열 기부를 포함한다. 맨드릴의 외부 표면의 적어도 일부는 이 맨드릴이 조립체를 통해 유동하는 유체를 주로 전도에 의해 가열하도록 높은 열전도성을 갖는 재료로 형성되고 조립체를 활주식으로 수납하도록 성형된다. 맨드릴과 조립체 사이에는 전도성 접촉이 주로 발생한다.
조립체는 외부 구속체(restraint)를 포함한다. 백이 구속체의 내부 표면을 따라 배치되어 구속체에 부착된다. 백은 입구와 출구를 구비하며, 입구와 출구의 각각은 연결 배관에 부착된다. 백은 바람직하게는 입구와 출구 사이의 유체 유동을 대해 시트형 밀봉 통로를 형성하도록 서로에 대해 부착된 한 쌍의 측벽을 포함한다. 시트형 통로는 조립체가 맨드릴 둘레에 배치될 때 맨드릴 표면의 대체로 원주 둘레로 연장된다.
조립체와 맨드릴은 백을 통한 통로가 요구되는 형상으로 형성되게 맨드릴에 대해 조립체를 정렬시키도록 구성된다. 보다 상세하게는, 외부 구속체의 내부 표면과 맨드릴의 외부 표면은 입구와 출구 사이에 바람직한 구성으로 된 제한이 없는 시트형 유동을 수립하도록 측벽을 브래킷 지지하고 구속한다. 유체는 통로를 통해 유동하는 동안에 제어 가능하게 가열된다.
또한, 조립체와 맨드릴은 맨드릴 표면을 따라 요구되는 유량 분포를 형성하도록 구성된다. 요구되는 유량 분포는 맨드릴 표면을 따른 열 분포와 상호 작용함으로써 유체의 온도가 상한을 초과할 수 있는 국부적인 열점(hot spot)이 없이 유체 가열을 촉진시킨다.
장치는 또한 유동 중인 유체 내로의 열 입력을 제어하는 시스템을 포함한다. 온도 센서 입력에 따라서 제어 시스템은 유체의 열 입력을 변동시켜 어느 부분도 과열시키지 않고 요구되는 출구 온도로 유체를 가열시킬 수 있다. 바람직하게는, 제어 시스템은 또한 열 입력을 제어해서 변동 유량을 보상할 수 있다.
<도면의 간단한 설명>
도1은 본 발명의 유체 온열 장치의 양호한 실시예의 분해된 부품들의 사시 분해도이다.
도1a는 도1의 유체 온열 장치의 일부를 형성하는 클램프의 사시도이다.
도2는 도1의 유체 온열 장치의 측단면도이다.
도3은 도1의 유체 온열 장치의 일부를 형성하는 조립체의 이격체 부분의 확대 단면도이다.
도4는 도1의 장치의 일부를 형성하는 전기 시스템의 기능상의 블록 선도이다.
도5는 도1의 유체 온열 장치의 제어 패널의 정면도이다.
도6은 도1의 장치의 일부를 형성하는 커프(cuff)를 전개 위치에서 도시한 평면도이다.
도7은 도1의 장치의 일부를 형성하는 부착 가능한 조립체의 정면도이다.
<양호한 실시예의 설명>
도1을 참조하면, 특히 혈액을 가열시키도록 구성된 본 발명의 유체 온열 장치의 양호한 실시예가 도면 부호 10으로 표시되어 있다. 온열 장치(10)는 바람직하게는 일회용 또는 제거 가능 부착 조립체 또는 조립체(14)에 의해 형성된 밀봉 유동 경로를 통해 유동하는 유체를 제어 가능하게 가열시키는 가열 유닛(12)을 포함한다. 가열 유닛(12)은 도4에 개략적으로 도시된 제어 시스템(20)의 일부를 수납하는 기부(18)에 연결된 가열 코어(16)를 구비한다.
또 도2를 참조하면, 가열 코어(16)는 알루미늄 등과 같이 높은 열전도성을 갖는 재료로 구성된 맨드릴(24)을 구비한다. 맨드릴(24)에 열을 공급하는 것은 시트로 형성되고 맨드릴의 내부 표면(28)과 전도성 접촉 상태인 가열기(26)이다. 내부 표면(28)은 바람직하게는 맨드릴(24)의 높이만큼 연장되고 축선(34)을 한정하는 원통형 공동부(30)를 형성하고, 이 공동부의 높이의 적어도 일부에 걸쳐 바람직하게는 대부분에 걸쳐 가열기가 연장되게 구성된다.
맨드릴(24)의 외부 표면(36)이 일회용 조립체(14)를 맨드릴 둘레에 제거 가능하게 둘러싸서 위치 설정하는 것을 용이하게 하도록 형성된다. 이후에 논의되는 바와 같이 맨드릴(24)에 대한 조립체(14)의 적절한 위치 설정은 온열 장치(10)의 최적 성능을 얻는 데에 있어서 중요한 사항이다. 맨드릴(24)의 외부 표면(36)과 조립체(14)는 상보적인 절두 원추 형상으로 형성된다. 바람직하게는 표면(36)은 수직 기준선(43)에 대해 약간 경사지게 구성된다.
(부착 가능 조립체)
조립체(14)는 외부 구속체(40)와, 장치(10)를 통한 유체의 유동 중에 대체로 시트형 형상을 갖는 밀봉 통로(46)(도6 참조)를 형성하는 내부 백 또는 커프(cuff)(44)를 포함한다. 유체가 온열 장치(10)를 통해 유동함에 따라 가열 유닛(12)의 열 출력이 모든 유체를 상한 온도를 초과하지 않고 요구되는 온도로 가열시키도록 통로(46)를 특이하게 구성하는 것이 중요하다.
온열 장치(10)의 양호한 실시를 위해서, 가열 코어 둘레에서 대체로 일정한 두께를 갖는 시트형 유동이 매우 바람직하다. 그와 같이 하기 위해서는 일회용 요소(14)와 맨드릴(24) 사이의 정확한 상대 위치 설정이 중요하다. 구속체가 맨드릴(24)에 대해 기울어지면, 통로(46) 일부 두께는 너무 얇아진다. 유동은 구속되고 느려질 수 있다. 마찬가지로, 맨드릴의 반대쪽에서의 통로 부분의 두께는 너무 넓어지고, 유동이 너무 커질 수 있다.
따라서, 통로(46)에 대한 경계부(47)를 수립하도록 구속체(40)와 맨드릴(24)을 구성함으로써, 유체가 통로를 통해 유동할 때 맨드릴(24)의 표면 구역의 대부분에 걸쳐 균일한 간극 또는 두께(48)를 갖는 통로를 형성하는 것이 바람직하다. 하나의 특정 요구되는 구성에 있어서, 통로(46)에는 통로 길이의 대부분에 걸쳐 맨드릴(24)을 따라 외측으로 균일한 두께가 형성된다. 구속체(40)의 내부 표면(50)은 외부 경계부(46a)를 형성하며 외부 표면(36)의 형상과 거울상을 이룬다. 외부 표면(36)은 내부 경계부(47b)를 형성하고, 외부 표면(36)과 내부 표면(50)은 일회용 조립체(14)가 통로 길이의 적어도 일부, 바람직하게는 대부분에 걸쳐서 맨드릴(24) 상에 병치식으로 적절하게 위치 설정되면 균일한 두께를 갖는 통로(46)를 형성한다.
양호한 실시예에서, 약 5.08㎜(0.2 in)의 두께를 갖는 통로(46)가 수립되며, 그러한 통로 두께는 양호한 결과를 낳는다. 다른 두께 역시 온열 장치(10)를 요구되는 변수들 내에서 작동시키기에 충분하다면 마찬가지로 양호한 결과를 낳을 것이다.
조립체(14)의 적절한 위치 설정을 위해 요구되는 노력을 완화시키기 위해서, 조립체와 맨드릴의 상대적 각도 위치에 상관없이 조립체(14)를 맨드릴(24) 둘레에 끼우는 것이 허용되는 것이 바람직하다. 또한, 맨드릴(24)에 대해 조립체가 회전하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 구속체(40)의 내부 표면(50)과 맨드릴(24)의 외부 표면(36)의 수평 단면은 각종 단면들의 중심이 맨드릴(24) 길이의 대부분에 걸쳐 축선(52)을 한정하도록 대체로 원형이며 서로 동심적으로 정렬된다. 바람직하게는, 제작을 용이하게 하기 위해서 축선(52)과 축선(34)은 공통 선 상에 있다.
도6 및 도7을 참조하면, 커프(44)는 장치를 통한 유체 유동을 위한 밀봉된 시트형 통로(46)를 위한 가요성 측벽(57)을 형성하도록 주연부(56) 둘레에 서로에 대해 병치되고 밀봉 부착된 2개의 시트(54)를 포함한다. 커프(44)는 측면 연부(58)들을 정렬된 접촉 관계로 중첩시키거나 배치하도록 그리고 커프가 구속체(40) 내에 삽입되어 구속체(40)의 내부 표면(50)의 적어도 일부를 매끄럽게 덮을 수 있게 해주는 절두 원추 형상을 형성하도록 곡선형으로 절첩되는 구성으로 되어 있다. 바람직하게는, 커프(44)는 구속체(40) 높이의 상당 부분을 따라 내부 표면(50)(도2 참조)을 매끄럽고 완전하게 덮는다.
도2 및 도6을 참조하면, 가압하의 유체가 커프(44)를 따라 유동할 때, 이 유체는 구속체(40) 및 맨드릴(24)에 대해 시트(54)를 압박하며, 통로(46)는 경계부(47)의 형상을 띠게 된다. 맨드릴(24)을 따라 축방향으로 그리고 맨드릴(24)의 둘레의 원주 방향으로 균일한 간극(48)을 갖는 통로(46)를 형성하도록 맨드릴(24)에 대해 구속체(40)를 정합시키고 정렬시키기 위해서, 일련의 이격체(60)(도3 참조)가 구속체로부터 내향 연장되게 형성된다. 이격체(60)는 맨드릴(24)의 외부 표면(36)에 접촉해서 맨드릴에 대해 요구되는 위치에 조립체를 지지한다.
특히 도7에 도시된 바와 같이 이격체(60)에 의한 시트형 유동의 교란과 통로(46)의 협착이 극미하다. 통로(46) 길이의 바람직하게는 적어도 일부, 보다 바람직하게는 절반 이상에 걸쳐서 맨드릴(24)을 따라 외측으로 커프(44) 내의 통로(46)의 두께는 맨드릴 둘레의 원주 방향으로 균일하다. 또한, 맨드릴과 구속체(40)의 대향 경계면은 통로(46) 길이의 상당 부분, 바람직하게는 대부분에 걸쳐서 어떠한 협착 장애도 완전히 일소된다. 따라서, 통로(46)를 통해 유동하는 유체는 맨드릴(24)의 외부 표면적의 대부분에 걸쳐 대체로 시트 형태로 유동한다.
양호한 실시예에서, 커프(44)는 이격체(60)를 지나 연장된다. 이격체(60)와 맨드릴(24) 간의 접촉은 커프(44)를 손상시킬 수 있음을 예상할 수 있다. 따라서, 커프(44)는 이격체(60)와 정렬된 보강 딤플(dimple)(64)을 형성한다. 딤플(64)은 딤플에서의 커프(44)의 마모 또는 구멍 뚫림에 의해 통로(46)가 파열되지 않도록 형성된다. 딤플(64)은 바람직하게는 이격체(60)와의 접촉점 둘레에 보호 밀봉체를 형성하도록 시트(54)들을 서로 융착시킴으로써 형성된다.
통로(46)를 통한 압력 및 유량의 변동 하에서의 유체 유동이 통로 두께의 큰 변동을 야기시키지 않도록 구속체(40)가 커프(44)를 지지할 수 있는 것이 중요하다. 또한, 구속체(40)가 커프(44)를 보호하여야 한다. 따라서, 양호한 실시예에서 구속체는 바람직하게는 경량의 강성 셸(66)이다. 또한, 셸(60)은 저장 공간을 감소시키도록 유연성 또는 가요성이 있게 하는 것을 고려할 수 있다. 또한, 커프(44)의 측벽들 중 하나가 구속체(40)를 형성하게 하는 것을 고려할 수 있다.
통로(46) 내로 유동하는 유체는 초기에 맨드릴(24)의 기부(68) 둘레에서 유동한 다음, 맨드릴의 표면(36)을 따라 상단부(70)까지 시트형 형상으로 상방으로 유동한다. 유체에 대한 입구(74)가 커프(44)의 하단부(76)에 형성되고, 출구(78)가 상단부(80)에 형성된다.
맨드릴(24)은 필요에 따라 열을 투입해서 유체를 요구되는 출구 온도까지 가열시킨다. 특히, 유체가 온도 상한을 갖는 경우에 유체 유동 분포는 통로 내부 및 맨드릴(24) 둘레에서 대체로 균일한 것이 바람직하다. 구속체(40), 커프(44) 및 맨드릴(24)은 통로(46) 내로 유동하는 유체가 맨드릴을 따라 대체로 균일하게 유동하는 시트형 유동을 형성하기 전에 먼저 맨드릴(24)을 둘러싸도록 협동한다.
특히 높은 유량에서 통로의 폭 또는 간극 두께는 유체가 초기에 입구(74)) 내로 유동할 때 맨드릴(24) 둘레로의 유체의 초기 분배를 방해할 수 있다. 따라서, 커프(44)의 하부 연부(88)를 따라 맨드릴(24)을 둘러싸는 통로(46)의 입구 매니폴드부(86)를 형성하는 것이 바람직하다. 입구 매니폴드(86)는 바람직하게는 통로(46)의 중간 부분 또는 구역(90)을 따른 통로의 두께보다 더 넓은 간극 두께를 갖는 입구 매니폴드(86)를 형성하도록 맨드릴(24) 또는 구속체(40), 또는 이들 양자를 성형함으로써 형성된다.
양호한 실시예에서, 기부(68)를 둘러싸도록 방사상 홈(94)이 맨드릴(24)에 형성되고, 특히 도1에 도시된 바와 같이 구속체(40)와 홈은 입구 매니폴드(86)의 경계부(86a)를 형성한다. 대안으로, 구속체(40)에는 외향 연장 방사상 링부가 형성될 수 있다(도시하지 않음). 또한, 맨드릴(24)과 구속체(40) 양자가 맨드릴(86)에 대한 경계부(86a)를 형성하도록 구성하는 것도 고려될 수 있다.
유사한 이유에 따라, 바람직하게는 맨드릴에 상부 방사상 홈(100)을 형성함으로써 맨드릴(24)의 상단부(70) 둘레를 둘러싸는 통로의 출구 매니폴드(98)가 형성될 수 있다. 홈(100)과 구속체(40)는 출구 매니폴드(98)의 경계부(98a)를 형성한다. 상기에서 기술한 바와 같이 다른 배치를 고려할 수도 있다.
입구 매니폴드(86)와 협동시키기 위해서, 입구(74)는 입구 매니폴드의 길이를 따라 유체를 안내하도록 형성된다. 마찬가지로, 출구(78)는 통로(46)를 빠져 나온 유체가 출구 매니폴드(98)와 방향 정렬 상태로 유출되도록 형성된다. 따라서, 입구(74) 및 출구(78)는 대응 매니폴드와 방향 정렬 상태로 구속체(40)와 맨드릴(24)의 곡선 대향면들에 대해 접선 방향으로 유체를 안내하도록 형성된다. 이해할 수 있는 바와 같이 입구(74)와 출구(78)는 조립체의 축선(54)에 대해 대체로 법선인 방향으로 유체를 안내하는 것이 바람직하다.
입구(76)는 입구 튜브(104)에 연결되고, 이 튜브는 유입 유체를 요구되는 접선 정렬 방향으로 안내한다. 시트(54)의 주연부(56)는 튜브(104) 둘레에 밀봉 접합된다. 변형률 경감을 제공하고 구속체(40)에 대해 튜브(104)를 고정 및 안내하기 위해서, 조립체(14)는 구속체에 연결되는 브래킷(106)을 포함한다. 브래킷(106)은 또한 구속체(40)를 통해 간극(48) 내의 요구되는 방향으로 튜브(104)를 통과시킨다.
출구(78)는 출구 매니폴드(98)와 정렬된 출구 튜브(105)에 연결되며, 매니폴드(98)를 따라 유동하는 유체는 튜브 내로 안내된다. 시트(54)의 주연부(56)는 튜브(56) 둘레에서 밀봉 접합된다. 변형률 경감을 제공하고 구속체(40)에 대해 튜브(105)를 고정 및 안내하기 위해서, 조립체(14)는 구속체에 연결되는 상부 브래킷(107)을 포함한다. 브래킷(107)은 또한 구속체(40)를 통해 간극(40) 내의 요구되는 방향으로 튜브(104)를 통과시킨다.
커프(44)에는 [구속체(40)의 연부를 따라 또는 그에 인접해서 형성된] 탭(102)에 부착되고 내부 표면(50)을 따라 커프를 층상형으로 유지시키는 일련의 외향 귀부(ear)(101)가 형성될 수 있다.
조립체(14)가 맨드릴(24) 상에 배치되고 가압 유체가 통로(46)를 통해 유동 중일 때, 대향 유압력이 시트(54)에 의해 맨드릴 및 조립체 상에 가해진다. 구속체(40)의 대체로 원형인 수평 단면으로 인해, 구속체 상에 가해진 힘은 맨드릴(24)의 주연부 둘레에서 대체로 방사상 외측으로 향하게 되고, 균등하게 균형이 잡힌다. 그러면, 구속체(40)의 후프(hoop) 강도가 가열 유닛(12)과 일회용 조립체(14) 사이에 래칭 기구 또는 보강 연결점을 필요로 하지 않고 상기 힘에 반작용한다.
대향 유압력은 커프(44)의 측벽(54)이 맨드릴(24)과 접촉되게 해서 커프(44)와 맨드릴 사이에 양호한 전도성 접촉을 수립한다.
또한, 맨드릴(24)에 대한 조립체(14)의 적절한 위치 설정을 조장하기 위해서, 맨드릴(24) 상의 방사상 보스(110)에 맞닿음 접촉하고 셸을 맨드릴과 수직 정렬시키는 하부 에이프런(apron)(108)이 셸(44) 상에 형성된다. 이격체(60)는 주로 기부(18)에 대한 조립체(14)의 정렬을 수행하지만, 에이프런(108)과 보스(110) 사이의 하연부 접촉은 사용자에 의해 예기치 않게 조립체가 맨드릴(24) 상에 걸리는 것을 방지하는 것을 돕는다.
도3 및 도7을 참조하면, 이격체(60)는 바람직하게는 구속체(40)와 일체식으로 형성되며, 대체로 길고 쐐기형이며 맨드릴(24)에 접촉하는 선단부(114)를 형성한다. 이격체(60)의 높이 "h"는 요구되는 간극(48) 두께에 상당한다(도2 참조). 이격체(60)는 구속체(40)가 맨드릴(24)에 대해 적절하게 위치 설정될 때 이격체가 맨드릴에 접촉해서 간극을 수립하도록 선택적으로 배치된다. 바람직하게는, 이격체(64)는 2개의 수평 정렬 세트, 즉 맨드릴(24)의 상단부에 근접한 상부 세트(64a) 및 맨드릴의 하단부에 근접한 하부 세트(64b)를 형성하도록 배열된다. 세트(64a, 64b)의 각각은 바람직하게는 주연부 둘레에 등각으로 이격된다.
도1 및 도1a를 참조하면, 조립체(14)를 가열 유닛(12)에 로킹시키고 또 조립체의 제거를 허용하기 위해서, 가열 유닛은 맨드릴(24)에 근접한 기부(18)의 상부 표면(117)으로부터 상방으로 연장되는 클램프(116)를 포함한다. 클램프(116)는 구속체(40)의 하단부에 형성된 외향 연장 귀부(118)와 정합된다. 컵(14)을 유닛(12)에 로킹시키기 위해서 일회용 조립체(14)는 하부 에이프런(108)이 보스(110)에 접촉하고 이격체(60)가 맨드릴(24)에 접촉할 때까지 맨드릴(24) 둘레에 활주식으로 배치된다. 그 다음, 컵(14)은 귀부(118)가 클램프(116) 아래에서 로킹될 때까지 회전된다. 도1a를 참조하면, 로킹 표시를 제공하는 동시에 언로킹에 대한 작은 저항성을 제공함으로써 우연한 언로킹이 일어날 우려를 감소시키기 위해서, 클램프의 상부 요소(122)의 하부면을 따라 노치(120)가 형성된다. 노치(120)는 조립체(14)가 기부(18)와 적절하게 정렬되어 그에 로킹될 때 귀부(118)를 안착시키도록 구성된다.
(가열 유닛)
도2 내지 도7을 참조하면, 작동 중에 가열될 유체는 입구 튜브(104)를 통해 커프(44) 내로 그리고 가열된 맨드릴(24)을 따라 상방으로 유동한다. 유체는 통로(46)의 하부(46b)에서 최저온이 되고 유체 과열에 대한 가능성이 출구(78)에 인접해서 최대이기 때문에 가열기(26)를 맨드릴(24)의 길이를 따라 감소 변동하는 열 출력을 발생시키도록 구성하는 것이 바람직하다. 도2를 참조하면, 양호한 실시예에서 가열 시트(26)는 5개의 측면 대역(124)으로 분할된다. 각 대역은 균일한 열 출력 밀도를 가지며, 대역들은 열 출력 밀도에 있어서 요구되는 비율만큼 서로 상이하다. 코어(16)의 하단부를 따라 배치된 하부 측면 대역(124a)은 상단부에 있는 상부 측면 대역(124b)보다 더 큰 열 출력을 가지며, 중간 대역(124c 내지 124e)은 증가하는 열 출력을 갖는다.
가열 시트(26)는 상부 대역(124b)의 열 출력 밀도가 하부 대역(124a)의 열 출력 밀도의 약 20 ％가 되게 구성될 수 있다. 하부 중간 대역(124c)이 하부 대역의 약 75 ％의 열 출력 밀도를 갖고, 중간 대역(124d)이 하부 대역(124a)의 약 50 ％의 열 출력 밀도를 가지며, 중간 대역(124e)이 하부 대역의 약 30 ％의 열 출력 밀도를 갖게 형성함으로써 양호한 결과를 낳는다는 사실이 밝혀졌다. 또한, 가열 코어(16)에 다른 열 출력 분포를 제공함으로써 만족스러운 결과를 낳을 수 있다는 사실도 예상할 수 있다.
도4를 참조하면, 유체의 가열이 제어될 수 있도록 유체의 온도를 감지하기 위하여, 장치(10)는 맨드릴(24)의 상단부에 근접 배치된 적어도 하나의, 양호하게는 복수개의 온도 감지 장치(130)를 포함한다. 또한, 장치(10)는 맨드릴(24)의 하단부에 근접 배치된 적어도 하나의 그리고 복수개의 온도 감지 장치(132)를 포함한다. 양호하게는, 장치(130, 132)는 맨드릴(24)의 각각의 단부에 배치된다. 양호한 온도 감지 범위 및 안전성을 제공하기 위하여, 상부 및 하부 온도 감지 장치(130, 132) 모두는 양호하게는 2개의 개별 온도 감지 장치를 포함하며, 쌍을 이룬 각각의 장치는 맨드릴(24)의 대향 측면에 또는 180° 이격되어 배치된다. 또한, 하부 장치(132)가 상부 장치(130)와 수직으로 정렬되는 것이 바람직하다. 안전하고 신뢰성 있는 시스템을 제공하기 위하여, 온도 감지 장치(130, 132)는 서미스터(thermistor)이다. 다른 종류의 온도 감지 장치들이 채용될 수도 있다.
(제어 시스템)
도4를 참조하면, 제어 시스템(20)은 유체가 광범위하게 가변하는 유량 하에 일회용 조립체(14)(도1)를 통해 유동할 때 유체를 과열없이 요구되는 온도로 안전하게 가열하기 위하여 가열 코어(16)의 작동을 제어하는 데 특히 적합하다. 통상적으로, 시스템(20)에 대한 입력은 상부 온도 감지 장치(130a, 130b)와 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)로부터의 신호 출력이다. 상부 온도 감지 장치(130a, 130b)의 신호 출력은 회로(204a, 204b)에 의해 각각 증폭된다. 마찬가지로, 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)의 신호 출력은 회로(206a, 206b)에 의해 증폭된다.
상부 온도 감지 장치(130a, 130b) 모두가 적절하게 기능하는지를 점검하기 위하여, 각각의 상부 감지 장치로부터의 증폭된 하나의 신호가 제1 비교 회로(208)에 제공된다. 회로(208)는 감지 장치(130a, 130b)에 의해 감지된 2개의 온도의 차이를 결정한다. 그리고 나서, 그 차이가 회로(210)에 의해 설정 경고치(△T1), 양호하게는 10℃와 비교된다. 감지 장치(130a, 130b)에 의해 감지된 2개의 온도의 차이가 △T1과 적어도 같거나 이보다 크다면, 상부 온도 감지 장치(130a, 130b)의 고장 가능성이 표시되고 제1 경고 신호가 OR 스위치(212)에 출력된다.
하부 온도 감지 장치(132a, 132b) 모두가 적절하게 기능하는지를 점검하기 위하여, 각각의 하부 감지 장치(132a, 132b)로부터의 증폭된 하나의 신호가 제2 비교 회로(216)에 제공된다. 회로(216)는 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 2개의 온도의 차이를 결정한다. 그리고 나서, 그 차이가 회로(218)에 의해 설정 경고치(△T2), 양호하게는 10℃와 비교된다. 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 2개의 온도의 차이가 △T2와 적어도 같거나 이보다 크다면, 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)의 고장 가능성이 표시되고 제2 경고 신호가 OR 스위치(212)에 출력된다.
도1을 간단히 참조하면, 유체가 컵(14)(도1)을 통해 유동할 때 유체의 어떠한 과열도 신호로 나타내기 위해, 제어 시스템(20)은 맨드릴(24)의 온도를 감시하고, 설정 상한 온도(TU1)와 적어도 같아지거나 초과된 때 경고를 발하고 가열 코어(16)로의 전원을 차단한다. 특히, 각각의 상부 감지 장치(130a, 130b)로부터의 증폭된 제2 출력은 각각 대응하는 제3 비교 회로(220)에 제공된다. 각각의 제3 비교 회로(220)는 감지된 입력 온도를 상한 온도(TU1)와 비교한다. 제3 비교 회로(220)들 중 하나가 감지된 입력 온도가 상한 경고 온도(TU1)보다 크다고 결정하면, 상기 회로로부터의 제3 경고 신호는 OR 스위치(212)로 출력된다. 가열되는 유체가 혈액 등일 때, TU1은 양호하게는 42°이다.
마찬가지로, 각각의 하부 감지 장치(132a, 132b)로부터의 증폭된 제2 출력은 각각 대응하는 제4 비교 회로(224)에 제공되며, 제4 비교 회로는 입력 신호를 설정 경고 온도(TU2)와 비교한다. 양호하게는, TU2는 TU1과 동일하다. 비교 회로(224)들 중 하나가 감지된 고온이 TU2와 적어도 같거나 이보다 높다고 결정하면, 상기 회로는 제4 경고 신호는 OR 스위치(212)로 출력한다.
따라서, 제어 시스템(20)은 상부 감지 장치(130a, 130b)들 중 하나가 부적절하게 작동하고 있는지의 여부와, 하부 감지 장치(132a, 132b)들 중 하나가 부적절하게 작동하고 있는지의 여부를 결정하기 위하여 온도 감지 장치에 의해 제공되는 지시 온도를 사용하며, 감지 장치가 적절하게 작동하고 있지 않다고 결정되면 경고 신호를 발생시킨다. 또한, 제어 시스템(20)은 상부 감지 장치(130a, 130b) 중 어느 하나 또는 하부 감지 장치(132a, 132b) 중 어느 하나가 각각의 설정 경고 온도와 적어도 같거나 이 보다 큰 온도를 감지하고 있는지의 여부를 결정하여, 경고 온도와 같아지거나 초과된 때 경고 신호를 발생시킨다.
또한, 제어 시스템(20)은 제어 시스템을 구성하는 구성요소 및 가열 시트(26)에 제공되는 전력을 감시하는 전압 감시 회로(230)를 포함한다. 전압 감시기(230)는 고장 조건이 결정되면 제5 신호를 OR 스위치(212)에 출력한다.
OR 스위치(212)가 회로(210), 회로(218), 회로(220), 회로(224) 또는 회로(230)로부터 제1 경고 신호, 제2 경고 신호, 제3 경고 신호, 제4 경고 신호 또는 제5 경고 신호를 수신한다면, 신호는 경고 회로(232)들로 전송된다. 경고 회로(232)들 중 하나는 간병인에게 고장 상태를 경고하는 적어도 하나의 가청 경고(234)를 발한다. 제2 경고 회로(232)는 디스플레이 패널(238)의 후방등 또는 숫자를 깜박거리는 등의 작용에 의해 제공되는 가시 경고를 발할 수 있다. 경고(234)를 발하는 것 외에도, OR 스위치(212)로부터의 출력은 가열 코어(16)의 가열 시트(26)(도2)에 공급되는 전력을 오프 상태로 절환하는 차단 릴레이(240)를 작동시키도록 전송될 수도 있다. 양호한 실시예에서, 차단 릴레이(240)는 경고 조건이 더 이상 존재하지 않을 때 유닛을 오프 및 온 상태로 함으로써 다시 온 상태로 절환될 수 있다.
또한 도1을 참조하면, 제어 시스템(20)은 상부 온도 감지 장치(130a, 130b) 및 하부 온도 감지 장치(132b) 중 적어도 하나에 의해 감지된 온도에 적어도 부분적으로 의존하여 유체의 가열을 작동 제어한다. 유체가 장치(10)로부터 유동할 때 유체의 온도는 유체가 맨드릴(24)의 상단부(70)에 인접한 때 통상적으로 가장 높다. 따라서, 양호한 실시예에서, 제어 시스템(20)은 상부 온도 감지 장치(130a, 130b)에 의해 감지된 최고 온도에 적어도 부분적으로 의존하여 코어(16)의 가열을 제어한다. 이러한 작동 과정에서, 상부 온도 감지 장치(130a, 130b) 각각으로부터의 증폭된 출력은 제5 비교 회로(244)로 공급된다. 제5 회로(244)는 2개의 온도 입력 중 더 높은 입력을 제1 연산 회로(246)로 출력한다. 연산 회로(246)는 가열기(26)를 위한 요구되는 전력량을 결정하는 데 있어서 입력 온도를 설정점 온도(TSP)와 비교하여 설정 시간 주기에 걸쳐 차이를 평균한다. 설정점 온도 입력은 장치(10)를 빠져나가는 유체의 요구되는 온도(TSP)로 설정된 조절 가능 설정점 회로(252)에 의해 제공된다. 요구되는 온도(TSP)의 설정은 통상적으로 제조 중에 수행된다.
또한, 제5 회로(244)로부터의 출력은 장치(10)의 사용자에게 표시되는 디스플레이 패널(236)로 보내진다.
또한, 제어 시스템(20)은 장치(10)를 통한 유체의 유량에서의 감지된 변화를 보상하기 위해 가열 유닛(12)의 열 출력을 조절하도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 조절은 가열 유닛(12)의 열 출력이 상단부(70) 주위의 유체의 감지된 온도에 의해 주로 제어되는 경우에 유리하다. 예컨대, 온열 장치(10)는 어떠한 유체 유량에 대해 정상 상태 열 출력 및 온도 제어를 성취할 수 있다. 어떠한 다른 제어 특징부 없이도, 유량의 급작스런 변화는 상부 센서(130)가 상단부(70)의 온도 변화를 검출할 때까지 가열 유닛(12)의 열 출력을 변화시키지 않을 것이다.
예를 들면, 일정한 열 공급을 유지하는 동안 혈액의 유량의 급격한 증가는 장치(10)를 떠나는 혈액의 온도가 감소되게 한다. 아래에 기재되는 바와 같이, 가열 유닛(12)의 열 출력은 이때 증가할 가능성이 있지만, 이러한 증가는 커프(44)의 출구에 있는 또는 이에 접근하는 혈액을 요구되는 온도로 가열시키기에 시기가 적절하지 않거나 충분하지 않기 쉽다. 따라서, 가능한 한 빨리, 양호한 실시예에서는 입구(74)에 근접한 위치에서 유량 변경을 감지하는 것이 바람직할 수 있다.
양호한 실시예에서, 유량 변경은 유체가 초기에 커프(44) 내로 유동하는 통로(46)의 하단부(76)에 근접하여 맨드릴(24)의 온도 변화를 감시함으로써 검출될 수 있다. 낮은 온도에서 비교적 일정한 열 출력 및 입력 유체를 제공하는 가열 유닛(12)에 의해, 유체 유동의 실질적인 변화는 대체로 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 맨드릴(24)의 하단부의 온도 변화에서 반영될 수 있다. 예컨대, 통로(46) 내로의 유체 유동의 실질적인 증가는 대체로 맨드릴의 하단부가 상당히 신속하게 냉각되게 할 것이다. 따라서, 가열 코어(16)의 열 출력이 증가되어야 한다. 반대로, 통로(46) 내로의 유체 유동의 실질적인 감소는 대체로 맨드릴(24)의 하단부가 상당히 신속하게 가열되게 할 것이다. 따라서, 가열 코어(16)의 열 출력은 감소되어야 한다.
각각의 하부 온도 센서로부터의 출력을 증폭하는 회로(224)가 제6 비교 회로(248)에 제공된다. 제6 비교 회로(248)로부터의 출력은 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 더 높은 온도를 나타내고, 연산 비교 회로(246)에 대한 제2 입력을 발생시키는 미분 회로(250)로 제공된다. 미분 회로(250)에 의해 발생된 제2 입력은 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 온도의 변화율에 적어도 부분적으로 의존하여 변화한다.
연산 회로(246)는 미분 회로(250)로부터의 입력들과, 감지된 온도와 설정점 온도(TSP) 사이의 평균 차이를 기초로 한 전력 결정을 합산하고, 신호를 전력 조절 회로(254)로 출력한다. 양호하게는, 전력 조절 회로(254)는 펄스 폭 변조기 등이지만, 다른 적절한 조절 회로가 고려될 수도 있다. 전력 조절 회로(254)로부터의 출력은 접속부(256)에 제1 입력으로서 제공된다.
또한, 제어 시스템(20)은 장치(10)를 떠나는 유체의 과열을 주로 방지하도록 되어 있어 경고 회로(232)를 가동시키는 안전 특징부를 포함한다. 안전 특징부는 상부 온도 감지 장치(130a, 130b) 및 하부 온도 감지 장치(132a, 132b) 중 어느 하나가 트리거 온도(TT)를 감지한 때 가열 코어(16)로의 전력을 차단하는 공정을 포함한다. 양호하게는, 트리거 온도는 설정점 온도(TSP)와 경고 온도(TU1, TU2) 사이에 있다. 양호한 실시예에서, 트리거 온도(TT)는 설정점 온도(TSP) + 1℃와 같도록 제어 시스템(20)에 의해 설정된다. 감지된 온도가 트리거 온도(TT) 이하로 떨어진 때 전력이 회복된다. 상부 온도 감지 장치(130a, 130b)에 의해 감지된 온도들 중 높은 온도의 제3 비교 회로(244)로부터의 출력은 온도를 트리거 온도(TT)와 비교하는 제1 설정점 비교 회로(258)로 제공된다. 온도가 트리거 온도(TT)와 적어도 같거나 이를 초과한다면, 지시 출력이 접속부(256)로 제2 입력으로서 제공된다.
마찬가지로, 하부 온도 감지 장치(132a, 132b)에 의해 감지된 온도들 중 높은 온도를 나타내는 제6 비교 회로(248)로부터의 출력은 온도를 제2 트리거 온도(TT2)와 비교하는 제2 설정점 비교 회로(262)에 제공되며, 제2 트리거 온도는 (트리거 온도들이 다양한 것을 고려할 수 있지만) 양호하게는 제1 트리거 온도와 동일하다. 지시된 온도가 제2 트리거 온도와 적어도 같거나 이를 초과한다면, 지시 출력이 접속부(256)로 제3 입력으로서 제공된다.
접속부(256)가 제1 설정점 비교 회로(258)로부터의 출력 또는 제2 설정점 지시 회로(262)로부터의 출력을 수신하지 않는다면, 접속부(254)는 전력 조절 회로(254)에 의해 공급된 제1 입력을 절환 회로(264), 양호하게는 무교차 고체 릴레이(zero crossing solid state relay) 등으로 전방으로 전송한다. 장치를 통해 요구되는 출구 온도 또는 설정점 온도로 유체를 가열시키기 위해 충분한 열이 가열기에 의해 출력되도록 절환 회로(264)는 가열기(26)에 제공되는 전력을 선택적으로 제어한다.
그러나, 설정점 비교 회로(258, 262)들 중 하나로부터의 출력은 전력 조절 출력부(254)로부터의 출력을 무효화시켜 절환 회로(264)가 가열기(26)로의 전력을 차단하도록 한다. 전력 조절 회로(254)의 제어는 감지된 최고 온도가 트리거 온도(TT1, TT2) 모두의 아래로 떨어진 때 회복된다.
양호한 실시예에서, 온열 장치(10)의 제어 논리는 회로 소자들의 신규한 배열을 사용함으로써 성취되지만, 유체를 제어 가능하게 가열하도록 가열기(26) 출력을 제어하는 다른 방법들이 고려될 수도 있다. 또한, 마이크로프로세서 및 적절한 프로그래밍을 사용함으로써 제어가 성취될 수 있음이 예측될 수 있다. 이러한 프로그래밍은 휘발성 또는 비휘발성 메모리 또는 여러 종류의 메모리의 조합체 내에 배치될 수 있다. 게다가, 프로그램의 일부분들은 상이한 메모리 유닛 내에 저장될 수 있는데, 상이한 메모리 유닛은 상이한 유체들을 위한 온열 장치(10)의 작동 특성의 원격 프로그래밍 또는 용이한 구성을 허용할 수 있도록 일부가 제거 가능하다.
(제어 패널)
도1 및 도2를 참조하면, 기부(18)는 대체로 정육면체 형태로 형성된다. 기부(18)의 전방면(122)은 디스플레이(238)를 볼 수 있게 하는 투시 개구(140)를 형성한다. 래치 도어(142)는 기부(18)의 일부분을 형성하고, 힌지에 의해 전방면(140)에 부착된다. 도4와 관련하여 도5를 참조하면, 래치 도어(142)는 대체로 도면 부호 144로 나타낸 제어 패널에 대한 보호 덮개를 제공한다. 제어 패널(144)은 장치(10)의 제어 시스템(20)에 대한 시험을 수행하는 기술진에 대해 간단화된 수단을 제공한다. 상부 온도 센서(130a, 130b) 및 하부 온도 센서(132a, 132b)를 위한 시험을 형성하는 버튼 스위치(146)가 제어 패널에 포함된다. 복수개의 시험 조건들 중 하나를 선택적으로 선택하는 스위치(148)가 버튼 스위치(146)와 연관된다. 버튼 스위치(146)들 중 하나를 누르는 것은 각각의 온도 감지 장치에서의 시뮬레이션된 고장 조건을 발생시켜 경고 회로(232) 또는 경고 조건을 시동시킨다. 게다가, 버튼 스위치(146)가 눌러진 때 표시를 위해 발광부(150)가 빛을 발한다.
구체적인 시험 조건은 스위치(148)의 위치에 의존한다. 제1 위치에서, 버튼 스위치(146)들 중 하나를 누르는 것은 고장난 센서를 시뮬레이션하는 것으로서, 이에 의해 경고 회로(232)를 가동시켜 차단 릴레이(240)를 가동시킨다. 차단 릴레이(240)는 리셋 스위치(154)에 의해 리셋될 수 있다. 리셋 스위치(154)가 눌러진 때, 관련 LED 표시 발광부(156)가 빛을 발하고 릴레이(240)가 리셋되며 표시 발광부(150)가 꺼진다.
스위치(148)를 제2 위치에 설정하고 스위치(146)들 중 하나를 누름으로써, 전위차계(potentiometer, 158)를 사용함으로써 온도 초과 조건이 시뮬레이션된다. 전위차계가 조절됨에 따라 기술진은 디스플레이(238)를 볼 수 있고, 제어 시스템(20)이 적절하게 작동하고 있다면 디스플레이에 나타난 경고 온도가 초과된 때 경고 회로(232)가 가동된다. 차단 릴레이는 가동되고 표시 발광부(150)도 빛을 발한다. 리셋 스위치를 누르면 회로가 리셋된다.
게다가, 제어 시스템(20)은 디스플레이(238)가 적절하게 교정되어 있는지의 여부를 결정하는 수단(160)을 포함한다. 특히, 디스플레이(238)의 교정을 검증하는 수단은 관련 발광부(162)를 갖는 설정 기준 전압 회로(161)이다. 또한, 온도 설정점 교정 수단은 조절 가능 설정점 회로(152) 및 관련 발광부(164)를 포함한다.
온열 장치(10)를 정상 모드, 디스플레이 교정 또는 온도 설정점 조절을 위한 적당한 모드에서 설정하기 위하여, 양호하게는 3위치 회전식 스위치(166)가 사용된다. 시험들 중 하나의 시험을 수행하기 위하여, 모드 선택 스위치(166)는 적당한 위치로 회전되고, 기술진은 디스플레이에 나타난 온도를 보게 된다. 또한, 시험이 진행 중임을 나타내도록 발광부(162 또는 164)가 빛을 발할 것이다. 디스플레이 교정 시험이 진행되고 있다면, 디스플레이는 설정 시험 전압에 대응하는 온도를 나타내야 한다. 예컨대, 시험 전압이 50℃에 대응할 수 있고, 따라서 디스플레이는 적절히 기능한다면 이 온도를 나타내어야 한다. 설정점 시험이 진행되고 있다면, 디스플레이는 설정점의 온도를 나타내야 한다. 스위치(166)의 제3 위치는 가열 유닛(12)을 정상 작동에 있게 하며, 표시 발광부(152, 154)는 더 이상 빛을 발하지 않는다.
또한, 제어 패널(144)은 제어 회로를 시험하도록 관련된 스위치(168)와, 하부 센서 발광부(170)의 변화율에 의존하여 열 출력(i)을 조절하는 회로를 시험하기 위한 스위치(174)를 포함한다. 이들 스위치(168, 174)중 하나를 누르는 것은 대응하는 발광부(176)가 빛을 발하게 하고 경고 회로(232)를 가동시켜서 차단 릴레이(240)를 차단시킨다. 경고부(232) 및 차단 릴레이(240)는 리셋되고, 빛을 발하는 발광부(176)는 리셋 스위치(154)를 누름으로써 꺼진다.
요약하면, 여러 경고 조건 및 가시 디스플레이는 시험 스위치를 이용함으로써 기술진에 의해 점검될 수 있다. 각각의 시험을 수행할 때, 대응하는 표시 발광부가 빛을 발한다. 따라서, 모든 시험이 완료되고 회로가 적절하게 리셋된 때, 모든 발광부는 꺼질 것이다.
시험이 완료된 후에, 장치(10)의 이후 사용자에 의한 접근을 방지하기 위하여 도어(142)는 폐쇄되고 로크된다. 장치(10)의 적절한 작동을 보장하는 것을 돕도록, 이후의 사용자는 온-오프 스위치(179)(도1)로 제한된다. 이후의 사용에 있어서, "귀찮은" 경고 조건이 발생한다면, 제어 시스템(20)은 장치(10)를 오프 상태로 함으로써 리셋될 수 있으며, 온-오프 스위치(179)에 의해 다시 온 상태로 된다. 이러한 조치 후의 계속되는 경고 표시는 장치(10)의 고장을 나타낼 가능성이 있다.
도1을 다시 참조하면, 기부(18)의 양호한 실시예는 혈액 등을 환자에게 투여하는 동안에 통상적으로 사용되는 (도시되지 않은) 기포 포집기(bubble trap)를 보유하기 위한 마찰식 끼움 홀더(180)를 포함한다. 또한, 장치(10)는 환경 보호를 위해 가열 코어(16)의 상단부 둘레에 끼워지는 덮개(182)를 포함한다.
장착을 위해, 장치(10)는 기부(18)에 부착된 클램프(184)를 포함하며, 이 클램프는 장치를 로드(rod, 186)에 클램핑한다. 또한, 클램프(180)는 장치(10)가 로드(186)로부터 용이하게 제거되게 한다. 로드(186)는 통상적으로 수직 배치 상태로 볼 수 있지만, 장치(10)의 작동 특성으로 인해 장치는 어떠한 위치에서도 작동될 수 있다.
작동시, 조립체(14)는 이격체(60)가 맨드릴(24)의 외부 표면(36)과 접촉할 때까지 맨드릴(24) 위로 활주 가능하게 삽입된다. 이격체(60)와 외부 표면(36) 사이의 접촉은 외부 표면(36)에 대하여 구속체(40)를 중심에 두어서, 외부 표면(36)의 표면적의 대부분 위에서 구속체와 외부 표면 사이에 균일한 간극 또는 두께(48)(도2)를 갖는 통로(46)를 성립시킨다. 또한, 하부 방사상 홈(94) 및 상부 홈(100)에서 구속체(40)와 맨드릴(24) 사이의 더 넓은 공간은 통로의 입구 매니폴드부(86)의 경계부(86a) 및 출구 매니폴드부(98)를 각각 형성한다.
구속체(40)의 하부 에이프런(108)은 맨드릴 상의 보스(110)와 접촉한다. 그리고 나서, 조립체(14)는 귀부(118)가 클램프(116)에 형성된 노치(120)(도1a) 하에서 스냅 결합한다.
그리고 나서, 유체는 입구 튜브(104)를 통해 유동함으로써 커프(44) 내로 유동한다. 튜브(104)는 유체가 커프(44)로 들어갈 때 유체가 맨드릴(24)의 외부 표면(36)에 대하여 접선방향으로 매니폴드(86)의 길이를 따라 향하도록 유체를 안내한다. 유체가 통로(46) 내로 유동함에 따라, 공기가 통로로부터 배출되어 장치(10)를 원동시킨다.
먼저 유체가 통로(46)로 들어갈 때, 유체를 맨드릴(24)을 둘러싸는 입구 매니폴드(86)를 충전한다. 그리고 나서, 유체는 맨드릴(24)의 길이를 따라 시트형 유동으로서 유동한다. 이후에, 유체는 유체가 가열 코어(16) 둘레에서 상방을 향해 대체로 한 방향으로의 구속받지 않는 수직 유동으로 유동함에 따라 가열된다. 장치(10)가 가동될 때, 제어 시스템(20)(도4)은 유동하는 유체로의 열 입력을 제어하여, 유체가 통로(46)로부터 유동하기 전에 유체가 요구되는 온도로 가열되도록 한다.
유체의 압력은 측면 시트(54)의 내부 측벽(57)을 맨드릴(24)에 대하여 가압하는 내향 방사상 힘과, 시트(54)의 외부 측벽(57)을 구속체(40)에 대항하여 가압하는 반작용의 외향 방사상 힘을 형성한다. 외향 힘은 맨드릴(24) 상에 구속체의 중심을 위치시키는 것을 증진시키기 위하여 구속체(40)의 원주 둘레에 균일하게 분포되며, 간극(48) 및 통로(46)는 가열 코어(16) 둘레에서 대체로 일정한 두께를 갖는 것이다. 통로(46)의 일정한 두께는 유체의 균일한 가열을 증진시켜 열점(hot spot)을 방지하도록 한다. 또한, 측면 시트(54)의 내부를 가열 코어(16)에 대항하여 가압하는 것은 유체로의 열전달을 용이하게 한다.
그리고 나서, 가열된 유체는 출구 매니폴드(98)에서 수집되어, 맨드릴(24)의 외부 표면(36)에 대체로 접하여 매니폴드의 길이와 정렬된 방향으로 출구 튜브(105)를 통해 매니폴드를 빠져나간다.
상부 튜브(80)가 (도시되지 않은) 기포 포집부를 포함하는 투여 세트에 연결된다면, 기포 포집부는 클램프(180)에 부착될 수 있다.
의료 처치가 가열된 혈액이 더 이상 필요치 않게 되는 시점에 도달한 후에, 가열 유닛(12)은 차단되고, 이 후에 조립체(14)는 귀부(118)가 클램프(116)에 형성된 노치(120) 아래로부터 스냅 결합이 해제될 때까지 가열 유닛(12)에 대하여 회전된다. 그리고 나서, 조립체(14)는 맨드릴(24)로부터 상방으로 활주 가능하게 제거되어 적당한 방식으로 처리된다.
전술한 작동 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 온열 장치(10)의 설치 및 작동은 매우 간단하고 관리량이 적다. 일반적으로 말하면, 설치는 일회용조립체(14)를 가열 유닛(12) 상에 활주시켜 스냅 끼워맞춤하는 것을 포함한다. 온-오프 스위치(179)를 누르는 것은 조립체(10)를 가동시킨다. 관리는 경고를 관찰하고 표시되는 온도를 감시하는 것을 포함한다.
혈액 온열 장치의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 이하의 청구의 범위에 기재된 넓은 태양의 본 발명으로부터 벗어남이 없이 변경 및 수정이 이루어질 수 있음을 당해 기술 분야의 숙련자는 알 수 있을 것이다.

Claims (33)

  1. 유체 유동을 위한 통로를 형성하고 입구 및 출구를 구비하는 조립체를 통과하는 유체 유동을 가열시키는 장치에 있어서,
    열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체를 활주 가능하게 수용하도록 성형된 외부 표면을 구비하는 대체로 긴 맨드릴-조립체는 맨드릴의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러쌈-과,
    외부 표면과 전도성 접촉 상태에 있는 선택적 제어식 가열기와,
    조립체가 맨드릴 주위에 배치된 때 조립체의 입구에 근접한 외부 표면 상의 한 위치에서 맨드릴의 온도를 감지하는 적어도 하나의 제1 온도 센서, 및 제1 온도 센서에 의해 감지된 온도의 변화율에 적어도 부분적으로 의존하여 가열기의 열 출력을 조절하는 수단을 구비하고, 가열기에 작동 가능하게 연결된 제어 회로
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어 시스템은 조립체의 출구에 근접한 한 위치에서 맨드릴의 온도를 감지하는 적어도 하나의 제2 센서와, 제2 센서에 의해 감지된 온도를 적어도 부분적으로 기초하여 열 출력을 조절하는 수단도 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 제어 시스템은 복수개의 제2 센서와, 제2 온도 센서들에 의해 감지된 온도들에서의 차이를 설정치와 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 제어 시스템은 복수개의 제1 온도 센서와, 제1 온도 센서들에 의해 감지된 온도들에서의 차이를 소정치와 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 유체 유동을 위한 통로를 형성하고 입구 및 출구를 구비하는 조립체를 통과하는 유체 유동을 가열시키는 장치에 있어서,
    열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체를 활주 가능하게 수용하도록 성형된 외부 표면을 구비하는 대체로 긴 맨드릴-조립체는 맨드릴의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러쌈-과,
    외부 표면과 전도성 접촉 상태에 있는 선택적 제어식 가열기와,
    외부 표면 상의 한 위치에서 온도를 감지하는 적어도 하나의 제1 온도 센서, 및 제1 온도 센서에 의해 감지된 온도에 적어도 부분적으로 기초하여 열 출력을 가변시키는 수단을 구비하고, 가열기에 작동 가능하게 연결된 제어 회로
    를 포함하며,
    상기 가변 수단은 감지된 온도에 적어도 부분적으로 의존하여 요구되는 온도를 얻도록 열 출력을 가변시키는 제1 수단, 및 감지된 온도가 적어도 상한 온도와 같거나 이보다 클 때 가열기로의 전원을 차단하는 제2 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 가변 수단은 감지된 온도가 적어도 경고 온도와 같거나 이보다 클 때 경고를 표시하는 제3 수단을 포함하며, 경고 온도는 상한 온도보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 제1 온도 센서는 조립체가 맨드릴 주위에 배치된 때 조립체의 입구에 근접한 외부 표면의 한 위치에서 온도를 감지하는 방식으로 배치되고, 제어 시스템은 조립체가 맨드릴 주위에 배치된 때 조립체의 출구에 근접한 외부 표면의 한 위치에서 온도를 감지하는 방식으로 배치된 적어도 하나의 제2 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 가변 수단은 제2 온도 센서에 의해 감지된 온도의 변화율에 적어도 부분적으로 의존하여 열 출력을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 유체 유동을 가열시키는 장치에 있어서,
    입구, 출구 및 입구로부터 출구까지의 유체용 밀봉 유체 통로를 형성하고, 통로의 외부 경계부를 한정하는 외부 구속체를 구비하며, 길이방향 축을 한정하고, 대체로 절두 원추형으로 성형된 조립체-입구는 조립체의 일단부에 인접하여 있고 출구는 조립체의 타단부에 인접하여 있음-와,
    열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체를 활주 가능하게 수용하도록 성형된 적어도 일부분을 갖는 외부 표면을 구비하고, 길이방향 축을 한정하는 대체로 긴 가열식 맨드릴-조립체는 맨드릴의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러쌈-
    을 포함하며,
    외부 표면은 통로의 내부 경계부를 한정하고,
    조립체 및 맨드릴의 외부 표면은 조립체가 맨드릴에 대하여 요구되는 위치에 배치된 때 통로의 길이의 적어도 일부분에 걸쳐 대체로 일정한 두께를 갖는 통로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 조립체는 통로를 위한 내부벽을 형성하는 가요성 측벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제10항에 있어서, 조립체는 통로를 밀봉 형성하는 백을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제9항에 있어서, 조립체는 맨드릴과 결합하도록 그리고 조립체를 요구되는 상대 위치에 배치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제12항에 있어서, 조립체는 맨드릴과 결합하여 요구되는 상대 위치를 성립시키도록 구속체에 부착된 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제9항에 있어서, 구속체 및 맨드릴 중 적어도 하나는 통로의 입구 매니폴드부 및 제2 부분을 형성하도록 구성되며, 입구 매니폴드는 제2 부분의 두께보다 큰 두께를 가지고, 제2 부분은 맨드릴을 따라 통로의 길이 대부분에서 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제14항에 있어서, 입구 매니폴드는 맨드릴 둘레에서 원주 방향으로 연장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제14항에 있어서, 맨드릴은 입구 매니폴드를 한정하는 방사상 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제14항에 있어서, 조립체는 유체의 유입 유동을 입구 매니폴드를 따라 안내하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제14항에 있어서, 조립체는 혈액의 유입 유동을 입구 매니폴드를 따라 안내하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치
  19. 제9항에 있어서, 구속체 및 맨드릴은 통로의 길이의 대부분에 걸쳐 대체로 균일한 두께를 갖는 통로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제9항에 있어서, 구속체의 내부 표면은 절두 원추형으로 형성되며, 통로의 길이의 대부분에 걸쳐 통로를 협착시킬 수 있는 형상이 없는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제14항에 있어서, 조립체는 맨드릴의 외부 표면에 접하고 맨드릴에 의해 한정된 길이방향 축에 대하여 대체로 수직인 방향으로 혈액의 유입 유동을 입구 매니폴드 내로 안내하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제9항에 있어서, 구속체 및 맨드릴 중 적어도 하나는 통로의 출구 매니폴드부를 형성하도록 구성되고, 출구 매니폴드는 맨드릴을 따라 통로의 길이의 대부분에 걸쳐 연장되는 통로의 일부분의 두께보다 큰 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제22항에 있어서, 출구 매니폴드는 맨드릴의 단부에 근접하여 맨드릴 둘레에 원주 방향으로 연장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제22항에 있어서, 맨드릴은 출구 매니폴드의 일부분을 한정하는 방사상 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제22항에 있어서, 조립체는 통로로부터의 유체의 유출 유동을 출구 매니폴드와 대체로 정렬된 방향으로 안내하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제22항에 있어서, 조립체는 입구 매니폴드로부터의 혈액의 유출 유동을 맨드릴의 외부에 접하고 맨드릴에 의해 한정된 길이방향 축에 대하여 대체로 수직인 방향으로 안내하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 가열 맨드릴 및 맨드릴 둘레에 배치된 조립체를 갖는 유체 온열 가열기-조립체는 가열기를 통한 유체 유동을 위한 밀봉된 통로를 제공함-의 열 출력을 조절하는 방법에 있어서,
    목표 온도를 선택하는 단계와,
    맨드릴 상의 제1 위치에서 제1 온도를 측정하는 단계와,
    맨드릴 상의 제2 위치에서 제2 온도를 측정하는 단계와,
    목표 온도와 제1 온도 사이의 차이와, 제2 온도의 변화율 모두에 의존하여 맨드릴의 열 출력을 조절하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제27항에 있어서, 조절 단계는 맨드릴과 전도성 접촉 상태에 있는 가열 요소에 공급되는 전력을 가변시키는 단계를 포함하며, 상기 방법은 목표 온도보다 큰 상한 온도를 선택하는 단계와, 제1 온도 및 제2 온도 중 적어도 하나를 상한 온도와 비교하는 단계와, 제1 오도 및 제2 온도 중 적어도 하나가 상한 온도와 적어도 같거나 이보다 클 때 가열 요소로의 전력을 오프 상태로 절환하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제28항에 있어서, 경고 온도를 선택하는 단계와, 제1 온도 및 제2 온도 중 적어도 하나를 경고 온도와 비교하는 단계와, 제1 온도 및 제2 온도 중 적어도 하나가 경고 온도와 적어도 같거나 이보다 클 때 경고를 발하는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제28항에 있어서, 맨드릴 상의 제3 위치에서 제3 온도를 측정하는 단계와, 제3 온도를 제1 온도 및 제2 온도 중 적어도 하나와 비교하는 단계와, 비교된 온도와 제3 온도 사이의 차이가 설정 온도 차이와 적어도 같거나 이보다 클 때 경고 신호를 발생시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 유체 유동을 가열시키는 장치에 있어서,
    입구, 출구 및 입구로부터 출구까지의 유체용 밀봉 유체 통로를 형성하고, 통로의 외부 경계부를 한정하는 외부 구속체를 구비하며, 길이방향 축을 한정하고, 대체로 절두 원추형으로 성형된 조립체-입구는 조립체의 일단부에 인접하여 있고 출구는 조립체의 타단부에 인접하여 있음-와,
    열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체를 활주 가능하게 수용하도록 성형된 적어도 일부분을 갖는 외부 표면을 구비하고, 길이방향 축을 한정하는 대체로 긴 가열식 맨드릴-조립체는 맨드릴의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러쌈-
    을 포함하며,
    조립체 및 맨드릴의 외부 표면은 조립체가 맨드릴에 대하여 요구되는 위치에 배치된 때 유체가 통로를 통해 유동함에 따라 유체 유동이 맨드릴의 표면적의 대부분에 걸쳐 대체로 방해받지 않는 시트형 유동을 형성하게 하는 통로를 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 입구, 출구 및 입구로부터 출구까지의 유체용 밀봉 유체 통로를 형성하고, 통로의 외부 경계부를 한정하는 외부 구속체를 구비하며, 길이방향 축을 한정하고, 대체로 절두 원추형으로 성형된 조립체-입구는 조립체의 일단부에 인접하여 있고 출구는 조립체의 타단부에 인접하여 있음-를 통한 유체 유동을 가열시키는 장치에 있어서,
    열전도성이 높은 재료로 형성되고 조립체를 활주 가능하게 수용하도록 성형된 적어도 일부분을 갖는 외부 표면을 구비하고, 길이방향 축을 한정하는 대체로 긴 가열식 맨드릴-조립체는 맨드릴의 길이의 적어도 일부분을 따라 외부 표면을 둘러싸고, 맨드릴은 중공 내부 공동을 형성함-과,
    공동 내부에 배치되고, 맨드릴과 전도성 접촉 상태에 있으며, 맨드릴의 길이를 따라 복수개의 상이한 열 출력 대역이 형성된 시트 가열기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제32항에 있어서, 대역들 중 제1 대역의 열 출력은 밴드들 중 제2 대역보다 크고, 조립체가 맨드릴 둘레에 활주 가능하게 배치된 때 제1 대역은 조립체의 입구에 근접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
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