DE19828923C5

DE19828923C5 - Heating for heating of medical fluids

Info

Publication number: DE19828923C5
Application number: DE1998128923
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr. Flaig
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 1998-06-29
Filing date: 1998-06-29
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: DE19828923B4; DE19828923A1

Abstract

Heizung zur Erwärmung von medizinischen Flüssigkeiten,
mit
– einem die Flüssigkeit führenden Kanal (11, 32), der eine mäanderförmige oder spiralförmige Kanalstruktur aufweist, und
– einem elektrischen Heizelement (20), bestehend aus einer auf einem Trägerelement (24, 30) aufgebrachten Heizleiterbahn (21, 31),
wobei der Verlauf der Heizleiterbahn (21, 31) im wesentlichen dem des Kanals (11, 32) entspricht,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizleiterbahn (21, 31) zumindest mit einem Teil der Oberfläche des Kanals (11, 32) in wärmeleitender Berührung steht, dass
der Kanal (11, 32) in einem Plastikbeutel als Einwegteil (10) verschweißt ist, dass
der Plastikbeutel zwischen zwei Platten verspannt ist, wobei zumindest eine Platte als das elektrisches Heizelement (20) ausgebildet ist und dass
die Heizleiterbahn (21, 31) ein auf einer Leiterplatte (24) verlegter mehrere Millimeter dicker Aluminiumstreifen ist, der sich beim Verspannen in den die Flüssigkeit führenden Kanal eindrückt.Heating for heating of medical fluids,
With
- A liquid-carrying channel (11, 32) having a meandering or spiral channel structure, and
- An electric heating element (20) consisting of a on a support element (24, 30) applied Heizleiterbahn (21, 31),
the course of the heating conductor (21, 31) substantially corresponding to that of the channel (11, 32),
characterized in that
the heating conductor (21, 31) is in heat-conducting contact with at least part of the surface of the channel (11, 32)
the channel (11, 32) in a plastic bag as a disposable part (10) is welded, that
the plastic bag is clamped between two plates, wherein at least one plate is formed as the electric heating element (20) and that
the Heizleiterbahn (21, 31) on a printed circuit board (24) laid several millimeters thick aluminum strip which presses during clamping in the liquid-carrying channel.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizung zur Erwärmung von medizinischen Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a heater for heating medical fluids according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Eine derartige Heizung ist beispielsweise aus der WO 87/06140 für die Blutreinigung bekannt, um das gereinigte Blut vor der Zuführung in den Kreislauf des Patienten wieder auf Körpertemperatur zu erwärmen. Die Heizung besteht aus einem Beutel mit darin meanderförmig verschweißten Kanälen, der zwischen zwei Heizplatten eingebracht ist. Die Heizplatten bestehen ihrerseits jeweils aus einer Leiterplatte, auf der eine Leiterbahnstruktur aufgeäzt ist, die als Heizelement dient. Eine auf der Leiterplatte aufgebrachte Wärmeausgleichsschicht soll dabei für eine gleichmäßige Wärmeverteilung sorgen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß diese aufwendig aufgebaut ist und daß aufgrund der großen Wärmekapazität der Heizplatte sich das Blut verhältnismäßig langsam erwärmt.Such a heater is for example from the WO 87/06140 known for blood purification, to warm the purified blood back to body temperature prior to delivery to the patient's circulation. The heater consists of a bag with meandered welded channels, which is inserted between two heating plates. The heating plates in turn each consist of a printed circuit board on which a conductor track structure is aufgeäzt, which serves as a heating element. A heat compensation layer applied to the printed circuit board is intended to ensure even heat distribution. The disadvantage of this arrangement is essentially that it is constructed consuming and that due to the large heat capacity of the hot plate, the blood is heated relatively slowly.

Aus der EP 0 012 123 A1 ist darüberhinaus eine Heizung zur Erwärmung von Blut bekannt, bei der ein meanderförmig geführter Schlauch zwischen zwei Heizplatten eingebracht ist. Die Heizplatten besitzen allerdings eine hohe Wärmekapazität, welche zu einer Erwärmung des umgebenden Gehäuses führt und zudem ein langsames Ansprechen der Heizung bedingt.From the EP 0 012 123 A1 In addition, a heater for heating blood is known, in which a meandering guided hose is inserted between two heating plates. However, the heating plates have a high heat capacity, which leads to a heating of the surrounding housing and also causes a slow response of the heater.

Aus der WO 97/09076 ist darüberhinaus eine Heizung zur Erwärmung von Blut bekannt, bei der das eine Durchflußkammer durchströmende Blut mittels elektromagnetischer Mikrowellenstrahlung aufgeheizt wird. Eine Wandung der Durchflußkammer besteht dabei aus einer Leiterplatte, auf der eine Mikrowellen-Antenne in Streifenleitungstechnik aufgebracht ist und die Mikrowellen in die Durchflußkammer abstrahlt. Ein Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Mikrowellen-Heizung eine verhältnismäßig aufwendige Schaltungstechnik bedingt und daß das Blut in der Durchflußkammer ungleichmäßig oder zu stark erwärmt werden kann. Außerdem ist eine zweite Kammer, die nicht von Flüssigkeit durchströmt wird, für die Einkopplung der Mikrowellen notwendig.From the WO 97/09076 moreover, a heater for heating blood is known in which the blood flowing through a flow chamber is heated by means of electromagnetic microwave radiation. A wall of the flow chamber consists of a printed circuit board on which a microwave antenna is applied in stripline technology and radiates the microwaves in the flow chamber. A disadvantage of this arrangement is that the microwave heating requires a relatively expensive circuitry and that the blood in the flow chamber can be heated unevenly or too much. In addition, a second chamber, which is not flowed through by liquid, necessary for the coupling of the microwaves.

Eine weitere Möglichkeit einer Heizung zur Erwärmung von medizinischen Flüssigkeiten besteht darin, ein direkt beheizbares Edelstahlrohr zu verwenden. Diese Lösung kann allerdings nur durch ein aufwendiges Fertigungsverfahren verwirklicht werden.A another possibility a heater for heating of medical fluids is to use a directly heatable stainless steel tube. This solution However, can only be realized by a complex manufacturing process become.

Die gattungsgemäße Heizung mit den Merkmalen des Oberbegriffs ist bereits aus der U.S. 5,381,510 A bekannt.The generic heating with the features of the preamble is already out of the US 5,381,510 A known.

Mit entsprechenden Heizungen befassen sich auch die WO 96/40331 , die DE 195 40 19 , die U.S. 5,713,864 , die DE 28 33 730 A1 sowie die DE 38 10 736 A1 .With appropriate heaters are also concerned WO 96/40331 , the DE 195 40 19 , the US 5,713,864 , the DE 28 33 730 A1 as well as the DE 38 10 736 A1 ,

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Heizung zur Erwärmung von medizinischen Flüssigkeiten zu schaffen, die ein schnelles Ansprechen bei der Erwärmung des Blutes ermöglicht.task The invention is therefore, a cost-effective heating for heating medical fluids to create a quick response to the warming of the Blood allows.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung enthält, daß der Verlauf der Heizleiterbahn auf dem Trägerelement im wesentlichen dem der Kanalstruktur entspricht. Auf diese Weise läßt sich auf der Größe einer Postkarte die erforderliche Leistung zur Flüssigkeitserwärmung, beispielsweise also bei der Blutreinigung, erreichen. Die direkte Beheizung der flüssigkeitsführenden Kanäle mit der Heizleiterbahn führen zu einem schnellen Ansprechen der Heizung, da zwischen den Kanälen zusätzliches Material nicht aufgeheizt werden muß. Da keine Metallplatte zur Wärmeübertragung notwendig ist, kann zudem eine Erwärmung des die Heizung umgebenden Gehäuses vermieden werden. Bei einer Abschaltung der Heizung wird eine schnelle Abkühlung der Heizelemente realisiert, was insbesondere bei Fehlerzuständen vorteilhaft ist.These The object is solved by the features of claim 1. The inventive solution contains that the course the Heizleiterbahn on the support element essentially corresponds to the channel structure. In this way let yourself on the size of one Postcard the required power for liquid heating, for example So in the blood purification, reach. The direct heating of the fluid handling channels lead with the heating conductor to a quick response of the heater, as between the channels additional Material does not need to be heated. Since no metal plate for heat transfer is necessary, can also be a heating of the surrounding heating housing be avoided. When switching off the heating is a fast Cooling the heating elements realized, which is particularly advantageous in error conditions is.

Ein besonders schnelles Ansprechen der Heizung kann erreicht werden, wenn die Materialien der Heizleiterbahn und des Trägerelementes jeweils so gewählt werden, daß das Heizelement eine möglichst geringe Wärmekapazität aufweist. Geht man davon aus, daß das Trägerelement eine Leiterplatte ist, auf der die Heizleiterbahn aufgebracht ist, dann besteht die Leiterplatte in üblicher Weise aus einer glasfaserverstärkten Kunststoffplatte und weist damit bereits die geforderten Materialeigenschaften auf. Die Wahl des Materials für die Heizleiterbahn hängt darüberhinaus von den Randbedingungen ab. Bei vorgegebener Schichtdicke und Streifenbreite der Heizleiterbahn bietet sich als Material Aluminium an, da dieses bei vorgegebenem Volumen eine besonders niedrige Wärmekapazität aufweist.One particularly fast heating response can be achieved if the materials of Heizleiterbahn and the support element each chosen be that Heating element one possible has low heat capacity. If one assumes that that support element a printed circuit board is on which the Heizleiterbahn is applied, then the circuit board in the usual way of a glass fiber reinforced plastic plate and thus already has the required material properties. The Choice of material for the heating conductor hangs over it from the boundary conditions. For a given layer thickness and strip width the Heizleiterbahn lends itself as material aluminum, since this at a given volume has a particularly low heat capacity.

Ein besonders einfacher Aufbau der elektrischen Versorgung des Heizelements ergibt sich, wenn das Heizelement über einen Trenntrafo an die Netzspannung angeschlossen ist. Aufgrund der ho hen Netzspannung bedingt dies allerdings dünne bzw. entsprechend lange Heizleiterbahnen, um einen hohen Widerstand des Heizelements zu erreichen. Außerdem muß eine Potentialtrennung im Fehlerfall gegenüber dem Patienten vorgesehen sein.One particularly simple construction of the electrical supply of the heating element results when the heating element via a isolating transformer to the mains voltage connected. This is due to the high mains voltage however thin or correspondingly long Heizleiterbahnen to a high resistance of To reach heating element. Furthermore must have one Potential separation in case of error against the patient provided be.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, das Heizelement an ein elektronisch geregeltes Netzteil anzuschließen. Hierbei wird kein Trenntrafo benötigt, so daß das Netzteil besonders klein ausgeführt werden kann und an beliebige Netzspannungen anschließbar ist.A different possibility consists in connecting the heating element to an electronically controlled power supply. in this connection If no isolating transformer is needed, then that this Power supply designed especially small can be and can be connected to any mains voltages.

Zur Verwendung der Heizung für medizinische Zwecke ist es in der Regel erforderlich, daß der die Flüssigkeit führende Kanal als Einwegteil (sogenanntes Disposable) ausgeführt ist, um die Hygieneanforderungen für jede neue Anwendung erfüllen zu können. Der die Flüssigkeit führende Kanal ist als Einwegteil ausgeführt. to Use of the heater for For medical purposes, it is usually required that the liquid premier Channel is designed as a disposable part (so-called Disposable), around the hygiene requirements for meet every new application to be able to. The the liquid premier Channel is designed as a disposable part.

Dabei ist demnach vorgesehen, daß der Kanal in einem Plastikbeutel als Einwegteil verschweißt ist. An den Seiten des Plastikbeutels ist der meander- oder spiralförmig geführte Kanal zur Erwärmung durch ein Heizelement zugänglich, wobei der Plastikbeutel zwischen zwei Platten verspannt ist, von denen zumindest eine Platte als elektrisches Heizelement ausgebildet ist. Die beiden Platten können schwenkbar miteinander verbunden sein, so daß der Plastikbeutel einfach zwischen die beiden Platten eingelegt werden kann. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Plastikbeutel an den Rändern mit Löchern versehen ist, die mit entsprechend an den Platten positionierten Zentrierstiften in Eingriff gebracht werden können, so daß die Kanalstruktur und der Verlauf der Heizleiterbahn zur Deckung kommen.there is therefore provided that the Channel is welded in a plastic bag as a disposable part. On the sides of the plastic bag is the meandering or spiral channel for heating by a heating element accessible, the plastic bag is clamped between two plates, from which at least one plate is formed as an electric heating element is. The two plates can be swiveled be joined together so that the plastic bag easy between the two plates can be inserted. Especially advantageous It is when the plastic bag is provided at the edges with holes that with correspondingly positioned on the plates centering pins into engagement can be brought So that the Channel structure and the course of Heizleiterbahn come to cover.

Ausführungsbeispielembodiment

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt:Further Details and advantages of the invention will be apparent from a in the Drawing illustrated embodiment explained in more detail. In this shows:

1 eine Draufsicht auf ein Einwegteil nach einer ersten Ausführungsform, 1 a plan view of a disposable part according to a first embodiment,

2 eine Draufsicht auf ein Heizelement nach der ersten Ausführungsform, 2 a plan view of a heating element according to the first embodiment,

3 einen Querschnitt durch ein Einwegteil mit einer integrierten Heizung, welches nicht Gegenstand der Erfindung ist und 3 a cross section through a disposable part with an integrated heater, which is not the subject of the invention and

4 eine Messung des Ein- und Ausschaltvorgangs der erfindungsgemäßen Heizung im Vergleich zu einer herkömmlichen Heizung. 4 a measurement of the on and off operation of the heater according to the invention in comparison to a conventional heating.

1 zeigt die Draufsicht auf ein Einwegteil nach der ersten Ausführungsform. Das Einwegteil 10 umfaßt einen die Flüssigkeit führenden Kanal 11, der in eine Folie eingeschweißt ist. An den Rändern 14 ist die Folie verstärkt und weist Löcher 15 auf, an denen das Einwegteil gegenüber dem Heizelement befestigt bzw. zentriert werden kann. An den Anschlüssen 12, 13 werden in üblicher Weise weiterführende Schläuche angeschlossen, wobei die Anschlüsse beispielsweise aus Luer-Konnektoren bestehen können. 1 shows the top view of a disposable part according to the first embodiment. The disposable part 10 comprises a channel carrying the liquid 11 which is shrink-wrapped in a foil. At the edges 14 the film is reinforced and has holes 15 on which the disposable part can be fastened or centered relative to the heating element. At the connections 12 . 13 continue to be connected hoses in the usual way, the connections may for example consist of Luer connectors.

2 zeigt eine Draufsicht auf ein Heizelement nach der ersten Ausführungsform. Das Heizelement 20 besteht aus einer Leiterplatte 24, auf der eine Heizleiterbahn 21 aufgebracht ist. Die Heizleiterbahn 21 weist dabei einen Verlauf auf, der im wesentlichen der Kanalstruktur des Einwegteils gemäß 1 entspricht. Aus Vereinfachungsgründen ist die Heizleiterbahn an den Umkehrpunkten des meanderförmigen Verlaufs eckig ausgeführt, allerdings ist es selbstverständlich möglich, daß die Heizleiterbahn auch genau dem Verlauf des die Flüssigkeit führenden Kanals folgt. An den Anschlüssen 22, 23 ist eine schematisch dargestellte Spannungsquelle 26 angeschlossen, die die elektrische Energie liefert, die entlang der Heizleiterbahn 21 in Wärme umgewandelt wird. Auf der Leiterplatte 24 sind Zentrierstifte 25 vorgesehen, auf die das entsprechende Einwegteil mit den dafür vorgesehenen Löchern 15 aufgesteckt werden kann. Hierdurch ist sichergestellt, daß der Kanalverlauf 11 und der Verlauf der Heizleiterbahn 21 sich im wesentlichen decken. Auf das auf dem Heizelement aufgesetzte Einwegteil kann ein weiteres Heizelement aufgesetzt werden, so daß der in dem Einwegteil befindliche Kanal beidseitig beheizt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, daß das Einwegteil mit einer weiteren Abschlußplatte mit dem Heizelement verspannt wird. 2 shows a plan view of a heating element according to the first embodiment. The heating element 20 consists of a printed circuit board 24 on which a heating conductor 21 is applied. The heating conductor 21 in this case has a course, which is substantially the channel structure of the disposable part according to 1 equivalent. For reasons of simplicity, the Heizleiterbahn is executed at the reversal points of the meandering course square, but it is of course possible that the Heizleiterbahn also follows exactly the course of the liquid-conducting channel. At the connections 22 . 23 is a schematically illustrated voltage source 26 connected, which supplies the electrical energy, along the Heizleiterbahn 21 is converted into heat. On the circuit board 24 are centering pins 25 provided on the corresponding disposable part with the holes provided 15 can be plugged. This ensures that the channel course 11 and the course of Heizleiterbahn 21 essentially cover each other. On the patch on the heating element disposable part, a further heating element can be placed so that the channel located in the disposable part is heated on both sides. Alternatively it can be provided that the disposable part is clamped with a further end plate with the heating element.

Die Heizleiterbahn besteht aus Aluminium. Aluminium weist bei vorgegebenem Volumen eine besonders niedrige Wärmekapazität auf, so daß durch die Verwendung von Aluminium besonders hohe Schichtdicken erzielt werden können. Dabei wird ein mehrere Millimeter dicker Aluminiumstreifen auf der Leiterplatte 24 verlegt. Beim Verspannen mit dem Einwegteil 10 drückt sich hierdurch die hervorstehende Aluminium-Heizleiterbahn in das Einwegteil bzw. den die Flüssigkeit führenden Kanal ein, so daß eine besonders große Berührungsfläche zwischen dem Kanal und der Heizleiterbahn hergestellt werden kann.The heating conductor is made of aluminum. Aluminum has a particularly low heat capacity for a given volume, so that particularly high layer thicknesses can be achieved by the use of aluminum. This is a several millimeters thick aluminum strip on the circuit board 24 laid. When clamping with the disposable part 10 This pushes the protruding aluminum Heizleiterbahn in the disposable part or the liquid-carrying channel, so that a particularly large contact area between the channel and the Heizleiterbahn can be made.

3 zeigt einen Querschnitt durch ein Einwegteil mit einer integrierten Heizung nach einer nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform. Die Ausgestaltung des elektrischen Heizelements gleicht damit der gemäß 2, so daß das elektrische Heizelement aus einer Leiterplatte 30 mit einer darauf meanderförmig verlegten Heizleiterbahn 31 besteht. Auf der Heizleiterbahn 31 ist der die Flüssigkeit führende Kanal 32 aufgesetzt und ist mit der Heizleiterbahn unlösbar verbunden. 3 shows a cross section through a disposable part with an integrated heater according to a non-invention embodiment. The design of the electric heating element is the same as in accordance with 2 , so that the electrical heating element of a printed circuit board 30 with a meandering laid heating conductor 31 consists. On the heating conductor 31 is the channel carrying the fluid 32 attached and is permanently connected to the Heizleiterbahn.

4 zeigt eine Messung des Ein- und Ausschaltvorgangs. Der Verlauf 40 zeigt den Temperaturverlauf der erfindungsgemäßen Heizung, der Verlauf 41 dagegen den Verlauf einer herkömmlichen Heizung, die aus einer Silikonheizleitermatte aufgebaut ist. Hierbei wurde 15°C kaltes Wasser mit einem Fluß von 125 ml/Minute und 160 Watt erwärmt. Nach 10 Minuten wurde die Heizung abgeschaltet. Es zeigt sich, daß die erfindungsgemäße Heizung wesentlich schneller auf Schaltvorgänge anspricht. 4 shows a measurement of the switching on and off. The history 40 shows the tempera turverlauf the heater of the invention, the course 41 contrast, the course of a conventional heating, which is composed of a Siliziumheizleitermatte. Here, 15 ° C cold water was heated with a flow of 125 ml / minute and 160 watts. After 10 minutes, the heating was switched off. It turns out that the heater according to the invention responds much faster to switching operations.

Die Rückseite des elektrischen Heizelementes wurde bei dem Versuch mit einer PVC-Platte abgedeckt, die nur handwarm wurde. Somit weist die erfindungsgemäße Heizung eine geringe Wärmeabfuhr auf und kann damit bei entsprechender Konstruktion in ein dafür vorgesehenes Gehäuse eingesetzt werden.The back The electrical heating element was tested with a PVC plate covered, which was only lukewarm. Thus, the heater according to the invention a low heat dissipation and can thus with appropriate design in a designated casing be used.

Für eine präzise Regelung ist eine zweistufige Ausführung der Heizleiterbahn denkbar. Durch eine entsprechende Verwirbelung der Flüssigkeit kann zudem eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreicht werden.For a precise regulation is a two-stage version the Heizleiterbahn conceivable. By a corresponding turbulence the liquid can also achieved a uniform temperature distribution become.

Claims

Heater for heating medical fluids, with - a channel carrying the fluid ( 11 . 32 ) having a meandering or spiral channel structure, and - an electric heating element ( 20 ), consisting of a support element ( 24 . 30 ) applied Heizleiterbahn ( 21 . 31 ), the course of the heating conductor ( 21 . 31 ) essentially that of the channel ( 11 . 32 ), characterized in that the Heizleiterbahn ( 21 . 31 ) at least part of the surface of the channel ( 11 . 32 ) in heat-conducting contact is that the channel ( 11 . 32 ) in a plastic bag as a disposable part ( 10 ) is welded, that the plastic bag is clamped between two plates, wherein at least one plate as the electric heating element ( 20 ) is formed and that the Heizleiterbahn ( 21 . 31 ) on a printed circuit board ( 24 ) is laid several millimeters thick aluminum strip, which presses when clamping in the liquid-carrying channel.

Heating for heating of medical fluids according to claim 1, characterized in that the heating element via a Isolating transformer is connected to mains voltage.

Heating for heating of medical fluids according to claim 1, characterized in that the heating element to an electronically controlled Power supply is connected.

Heating for heating of medical fluids according to one of the preceding claims, characterized that the two plates are pivotally connected together.

Heating for heating of medical fluids according to one of the preceding claims, characterized that the Plastic bag on the edges with holes is provided with the appropriately positioned on the support element centering pins be engaged so that the channel structure and the Course of the electrical heating element come to cover.