устройство для нагрева потока жидкости посредством электрического нагрева металлической трубки

Формула изобретения

1. Устройство для нагрева потока жидкости от начальной температуры до желаемой температуры для внутривенной доставки, при этом устройство содержит:

(a) продолговатую трубку, выполненную из металлического материала, причем указанная трубка имеет входное отверстие для входа потока жидкости с начальной температурой и выходное отверстие для доставки потока жидкости с желаемой температурой,

(b) по меньшей мере одно термочувствительное устройство, соединенное с указанной трубкой и предназначенное для измерения температуры жидкости по меньшей мере в одном месте по длине указанной трубки; и

(c) контроллер, соединенный с указанным термочувствительным устройством и предназначенный для приложения электрического напряжения от источника энергии для генерирования электрического тока, протекающего внутри по меньшей мере одного участка стенки указанной трубки, таким образом генерируя тепло внутри указанной стенки для нагрева потока жидкости до достижения желаемой температуры у указанного выходного отверстия.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по меньшей мере одно термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в тепловом контакте с внешней поверхностью указанной трубки.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанная трубка имеет минимальную толщину стенки не более 1,4 мм.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанная трубка имеет минимальную толщину стенки не более 0,4 мм.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанная трубка выполнена из материала с теплопроводностью по меньшей мере 5 Вт/(м·К).

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка имеет электрическое сопротивление не более 15 Ом.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка имеет электрическое сопротивление не более 5 Ом.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубка выполнена преимущественно из нержавеющей стали.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный контроллер предусмотрен для приложения электрических напряжений для генерирования первого электрического тока, протекающего внутри первого участка стенки указанной трубки, и второго электрического тока, протекающего внутри второго участка стенки указанной трубки.

10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что поток жидкости от указанного входного отверстия к указанному выходному отверстию проходит последовательно через указанный первый и указанный второй участок, при этом указанное по меньшей мере одно термочувствительное устройство предназначено для измерения температуры жидкости:

(a) в районе перехода от указанного первого участка к указанному второму участку; и

(b) после протекания через второй участок.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанный контроллер выполнен для приложения электрических напряжений для генерирования первого тока для нагревания потока жидкости, проходящего по указанному первому участку для преодоления большей части разности температур между начальной температурой и желаемой температурой, а также для генерирования указанного второго тока для нагрева потока жидкости, проходящего по второму участку для дальнейшей коррекции температуры для получения желаемой температуры на указанном выходном отверстии.

12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанный первый участок и указанный второй участок указанной трубки соединены посредством промежуточного участка указанной трубки, при этом по меньшей мере одно термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в тепловом контакте с внешней поверхностью указанного промежуточного участка.

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанное термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в потоке жидкости в районе указанного выходного отверстия.

14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка содержит внутреннее покрытие электроизоляционным слоем.

15. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка выполнена с термоизоляционным покрытием на большей части ее поверхности.

16. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная трубка, указанное по меньшей мере одно термочувствительное устройство и указанный контроллер расположены в переносном корпусе.

17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанный корпус также содержит батарею, соединенную с указанным контроллером и предназначенную для возможности функционирования устройства без подсоединения к внешнему источнику энергии.

18. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанный контроллер выполнен в виде устройства многократного использования, при этом по меньшей мере указанная трубка выполнена в виде одноразового заменяемого элемента.

19. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит расходомер, соединенный с указанным контроллером и предназначенный для измерения интенсивности потока жидкости через указанную трубку.

20. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит насос, соединенный с указанным контроллером и предназначенный для обеспечения желаемой интенсивности потока жидкости через указанную трубку.

21. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит отсечной клапан потока, соединенный с указанным контроллером и предназначенный для избирательного отсечения потока через указанную трубку.

Описание изобретения к патенту

Область и предпосылки изобретения

Данное изобретение в основном относится к устройству для нагрева потока жидкости. В частности, данное изобретение относится к устройству для нагрева потока жидкости, а именно при внутривенной доставке, посредством генерирования электрического тока внутри всей металлической трубки, через которую протекает жидкость.

Например, известно, что жидкости, которые вводятся в пациента внутривенно, включают основанные на крови жидкости и некровяные жидкости, совместно названные в данной заявке "внутривенными (ВВ) жидкостями". При хранении перед использованием основанные на крови жидкости содержатся в прохладном хранилище при температуре приблизительно 4°С, а иногда некоторые продукты замораживаются. Некровяные жидкости обычно хранятся при комнатной температуре.

При экстремальных условиях окружающей среды, когда человеческое тело подвергается низким температурам, его внутренние механизмы не могут восполнять тепло, которое уходит в окружающую среду. Гипотермия случается, как правило, при травмах, воздействии окружающей среды и во время основных оперативных процедур. Хорошо известно, что гипотермия представляет собой значительный риск для пациентов. Введение ненагретых или недостаточно нагретых внутривенных жидкостей может вызвать значительную потерю тепла или, по меньшей мере, способствовать серьезной гипотермии пациента, таким образом усугубляя его состояние. К тому же во время каждой операции существует риск ненамеренной гипотермии, поэтому необходимо наблюдать и поддерживать нормальную температуру тела пациента при хирургической операции.

Из уровня техники известно, что ВВ жидкости необходимо подогревать перед внутривенным введением. Однако необходимо быть очень внимательными, поскольку перегрев ВВ жидкостей, особенно основанных на крови, может испортить составляющие крови и подвергает опасности жизнь пациента. Варианты осуществления способа и система конвекции для нагрева ВВ жидкостей раскрыты в патентной заявке U.S. Pat. No. 4,707,587 и заявке U.S. Pat. No. 5,106,373. Также может применяться теплообменник для поддержания температуры ВВ жидкости постоянной. К сожалению, такой вариант обладает недостатком, заключающемся в том, что необходимо большое количество жидкости, что увеличивает общий размер установки. Также возможно окружить нагревательными элементами медицинскую трубку, по которой течет ВВ жидкость. Следует отметить, что такая нагревательная система была описана в нескольких патентных документах, включая U.S. Pat No. 1,995,302; U.S. Pat No. 4,038,519 и U.S. Pat. No. 3,355,572, каждый из которых полностью данной ссылкой включается в настоящее описание. В документах U.S. Pat. No. 1,995,302 и 4,038,519 представлена гибкая трубка, подходящая для медицинского использования, в которой нагревание производится посредством проводов и полосок из резистивно нагреваемого проводника спиралевидной формы, заключенного в стенки трубки. В документе U.S. Pat. No. 3,355,572 раскрыта композитная трубка, в которой нагревательные провода намотаны спиралевидным образом вокруг внутреннего слоя трубки и находятся во внешнем слое трубки.

В то время как некоторые из вышеупомянутых устройств подходят для их основного применения, они имеют тенденцию к нагреву с неравномерным увеличением температуры, в результате чего возникают локальные горячие точки и перегрев жидкости в трубке. Такой эффект может быть несущественным в определенных применениях, однако он составляет проблему при нагреве ВВ жидкостей, таких как кровь. Поскольку свойства крови могут ухудшаться при температуре около 49°С, отдельные горячие точки могут оказывать значительное ухудшение свойств крови. Поскольку для достижения оптимальных результатов кровь должна быть нагрета до определенной установленной температуры (примерно 37°С), трубка должна быть выполнена с возможностью равномерного нагрева крови и поддержания ее температуры в узком диапазоне.

Кроме того, для того чтобы подогретый объем крови был постоянно готовым для экстренного использования, он должен храниться при необходимой установленной температуре. Для этого необходима большая, тяжелая и/или стационарная система. Использование такой системы непрактично в полевых аварийных условиях, в ситуациях, таких как военно-полевые условия, предбольничное лечение, например, в условиях летательного средства или машины скорой помощи, а также в случае амбулаторного пациента. В больничной операционной компактный нагреватель будет предпочтителен по сравнению со стандартными нагревателями, поскольку его можно легко перемещать по операционной, между операционными комнатами или по больнице. Компактный размер также позволит освободить драгоценное место рядом с операционным столом для других медицинских приборов.

В патентной заявке U.S. Pat. No. 6,142,914, Кистнер и др. раскрыта разветвленная трубка, которая содержит параллельные прямые секции в одной плоскости, завернутые (заключенные) в гибкий материал, который поддерживает резистивные нагревательные элементы. К сожалению, в вышеупомянутых системах из-за разрыва трубки часто случается утечка жидкости.

В патентной заявке U.S. Pat. No. 5,713,864, Веркарт предложен альтернативный подход, при котором биологические жидкости нагревают резистивной полимерной полоской, интегрированной в структуру полимерной трубки, через которую протекает жидкость. Такой подход является перспективным благодаря эффекту равномерного нагрева по всей длине трубки. Однако использование проводящих полимеров в качестве нагревательных элементов является энергетически неэффективным и нуждается в использовании высоких рабочих напряжений, что может представлять собой риск для безопасности при медицинских ВВ применениях. Кроме того, поскольку полимерные материалы являются относительно плохими проводниками тепла, обычно невозможно измерить температуру жидкости, протекающей через трубку, без ущерба для герметичности трубки путем вставки термочувствительного элемента непосредственно в поток.

Таким образом существует постоянная потребность в безопасных и компактных нагревательных устройствах, которые могут использоваться в широком диапазоне окружающих условий и способны транспортировать и подогревать жидкости для внутривенного введения с постоянно регулируемой желаемой температурой, при этом предотвращая гипотермию.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение представляет собой устройство для нагрева потока жидкости, в частности, при внутривенной доставке посредством генерирования электрического тока внутри стенки металлической трубки, через которую протекает жидкость.

Согласно идее данного изобретения представлено устройство для нагрева потока жидкости от начальной температуры до желаемой температуры для внутривенной доставки, при этом устройство содержит:

(a) продолговатую трубку, выполненную из металлического материала, причем указанная трубка имеет входное отверстие для входа потока жидкости с начальной температурой и выходное отверстие для доставки потока жидкости с желаемой температурой;

(b) по меньшей мере одно термочувствительное устройство, соединенное с трубкой и предназначенное для формирования выходной характерной температуры жидкости, по меньшей мере, в одном месте вдоль трубки; и

(c) контроллер, соединенный с термочувствительным устройством и предназначенный для генерирования электрического тока, протекающего внутри, по меньшей мере, одного участка стенки трубки, таким образом генерируя тепло внутри стенки для нагрева потока жидкости до достижения желаемой температуры у выходного отверстия.

Согласно еще одному признаку данного изобретения по меньшей мере одно термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в тепловом контакте с внешней поверхностью трубки.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка имеет минимальную толщину стенки не более 1,4 мм.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка имеет минимальную толщину стенки не более 0,4 мм.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка выполнена из материала с теплопроводностью, по меньшей мере, 5 Вт/(м·К).

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка имеет электрическое сопротивление не более 15 Ом.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка имеет электрическое сопротивление не более 5 Ом.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка выполнена преимущественно из нержавеющей стали.

Согласно еще одному признаку данного изобретения контроллер предусмотрен для генерирования первого электрического тока, протекающего внутри первого участка стенки трубки и второго электрического тока, протекающего внутри второго участка стенки трубки.

Согласно еще одному признаку данного изобретения поток жидкости от входного отверстия к выходному отверстию проходит последовательно через указанный первый и указанный второй участок, при этом, по меньшей мере, одно термочувствительное устройство предназначено для формирования выходной характерной температуры жидкости: (а) в районе перехода от первого участка к второму участку и (b) после протекания через второй участок.

Согласно еще одному признаку данного изобретения контроллер выполнен для генерирования первого тока для нагревания потока жидкости, проходящего по указанному первому участку, для преодоления основной разности температур между начальной температурой и желаемой температурой, а также для генерирования второго тока для нагрева потока жидкости, проходящего по второму участку, для дальнейшей коррекции температуры для получения желаемой температуры на выходном отверстии.

Согласно еще одному признаку данного изобретения первый участок и второй участок трубки соединены посредством промежуточного участка трубки, при этом по меньшей мере одно термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в тепловом контакте с внешней поверхностью промежуточного участка.

Согласно еще одному признаку данного изобретения термочувствительное устройство включает термочувствительный элемент, расположенный в потоке жидкости в районе выходного отверстия.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка содержит внутреннее покрытие электроизоляционным слоем.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка выполнена с термоизоляционным покрытием на основной части ее поверхности. Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка, указанное по меньшей мере одно термочувствительное устройство и указанный контроллер расположены в переносном корпусе.

Согласно еще одному признаку данного изобретения корпус также содержит батарею, соединенную с контроллером и предназначенную для возможности функционирования устройства без подсоединения к внешнему источнику энергии.

Согласно еще одному признаку данного изобретения контроллер выполнен в виде устройства многократного использования, при этом, по меньшей мере, трубка выполнена в виде одноразового заменяемого элемента.

Согласно еще одному признаку данного изобретения также предусмотрен расходомер, соединенный с контроллером и предназначенный для измерения интенсивности потока через трубку.

Согласно еще одному признаку данного изобретения также предусмотрен насос, соединенный с контроллером и предназначенный для обеспечения желаемой интенсивности потока жидкости через трубку.

Согласно еще одному признаку данного изобретения предусмотрен отсечной клапан потока, соединенный с контроллером и предназначенный для избирательного отсечения потока через трубку.

Так как изобретение подвержено различным модификациям и альтернативным формам, путем примеров на фигурах показаны специфические варианты осуществления изобретения, которые будут описаны далее более подробно. Следует понимать, что не ставится целью ограничить изобретение конкретными описанными формами, а наоборот, целью является покрыть все модификации, аналоги и альтернативы, попадающие в объем охраны изобретения, определенный приложенной формулой изобретения.

Краткое описание графических материалов

Изобретение будет здесь описано путем примеров со ссылками на сопутствующие фигуры, на которых:

На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства, выполненного и действующего согласно принципу данного изобретения, предназначенного для нагрева потока жидкости, протекающего от мешка для хранения жидкости к точке введения в тело пациента.

На фиг.2 представлен схематический частичный поперечный разрез устройства согласно фиг.1, на котором показаны некоторые точки подключения электрического напряжения и некоторые температурные датчики, используемые блоком контроллера для мониторинга температуры устройства и регулировки приложенного электрического напряжения в некоторых или всех точках подключения устройства нагрева жидкости.

На фиг.3 и 4 представлены схематические изображения блока контроллера в виде структурных схем, на которых соответственно показано два различных внешних вида нагревательной трубки, а также различные детали узла контроля и измерения потока.

На фиг.5А и В представлены схематические поперечные сечения нагревательной трубки, изображенные с и без внутренней электрической изоляции соответственно.

На фиг.6 представлен схематический частичный поперечный разрез рабочих деталей в секции ввода жидкости нагревательного устройства, на котором показан переходник для соединения труб с внешним источником жидкости, насос, точка подключения электрического напряжения и температурный датчик.

На фиг.7 представлен схематический частичный поперечный разрез рабочих деталей в секции вывода жидкости нагревательного устройства, на котором показан переходник для соединения труб с внешним источником жидкости, аварийный клапан, датчик потока, температурный датчик входящего потока, точка подключения электрического напряжения и температурный датчик.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Следующее описание выполнено совместно с фигурами таким образом, чтобы специалист в данной области мог воспользоваться данным изобретением и внедрить наилучшие варианты осуществления изобретения, рассмотренные изобретателем. Специалисту в данной области, ввиду основных принципов, будут очевидны различные модификации данного описанного изобретения

Таким образом, в общих чертах, настоящим изобретением является устройство, обычно обозначенное позицией 100, выполненное и работающее согласно принципам данного изобретения и предназначенное для нагрева потока жидкости от начальной температуры до желаемой температуры для внутривенной доставки. Устройство 100 содержит продолговатую трубку 120, выполненную из металлического материала, имеющую входное отверстие 102 для входа потока жидкости с начальной температурой и выходное отверстие 104 для доставки потока жидкости с желаемой температурой. По меньшей мере одно термочувствительное устройство (описано ниже) соединено с трубкой 120 и предназначено для формирования выходной характерной температуры жидкости в одном или более местах по длине трубки. Контроллер 140 соединен с термочувствительным устройством и предназначен для генерирования электрического тока, протекающего внутри, по меньшей мере, одного участка стенки трубки 120, таким образом генерируя тепло внутри стенки для нагрева потока жидкости до достижения желаемой температуры у выходного отверстия 104.

На этой стадии уже понятно, что данное изобретение обладает значительными преимуществами перед вышеупомянутыми устройствами, известными из уровня техники. Во-первых, использование электрического нагревания посредством тока, протекающего в стенке трубки 120, обеспечивает постепенный и контролируемый нагрев потока жидкости. В то же время использование металлической трубки позволяет использовать относительно низкие рабочие напряжения, что важно для безопасности, а также облегчает точное измерение температуры жидкости через стенку благодаря малой толщине стенки и высокой теплопроводности металла, таким образом обеспечивая значительные преимущества в сравнении с применениями на основе проводящих полимеров Веркарта, которые обсуждались выше. Это и другие преимущества данного изобретения станут более ясны из следующего подробного описания. Перед более детальным рассмотрением признаков данного изобретения будет полезно определить некую терминологию, используемую в данном описании и в формуле изобретения. В описании и формуле данного изобретения каждое из слов "содержит", "включает" и "имеет" и родственные им используются для того, чтобы показать, что объект или объекты, относящиеся к данному слову, не обязательно являются полным списком деталей, компонентов, элементов или частей предмета или предметов данного слова.

В данной заявке объекты в единственном числе могут использоваться в описании для указания одного или более чем одного (т.е. по меньшей мере одного) грамматического объекта. Например, "элемент" подразумевает один элемент или более чем один элемент.

Термин "содержит" в данном описании подразумевает и используется взаимозаменяемо с фразой "содержит, но не ограничивается".

Термин "или" в данном описании подразумевает и используется взаимозаменяемо с термином "и/или", если в контексте четко не указано иное значение.

Термин "такой как" в данном описании подразумевает и используется взаимозаменяемо с фразой "такой как, но не ограничивается этим".

Термин "несколько" в данном описании подразумевает любое целое число, больше или равное единице.

Термин "примерно" в данном описании подразумевает промежуток не более ±20% около определенного значения, если не требуется или явно не указана другая степень точности.

Термин "обычная нормальная температура тела" обозначает в данном описании температуру тела примерно 37°С. В данном случае "примерно" обозначает температурную разницу в 0,2°С.

Термин "металлический" обозначает любой металл или металлический сплав. Термин "нержавеющая сталь" обозначает в данном описании любой из ряда сплавов с минимальным содержанием хрома 10,5%.

Фраза "термочувствительное устройство" обозначает любое устройство, сконфигурированное для измерения температуры, по меньшей мере, в одном предопределенном месте. При каждом применении чувствительного к температуре элемента элемент, расположенный в термальном контакте в предопределенном положении для измерения температуры, называется "термочувствительным элементом". Примеры термочувствительных элементов включают, но не ограничены термометрами, термопарами, термочувствительными резисторами (термисторы и резистивные детекторы температуры), биметаллическими термометрами, полупроводниковыми термометрами, кварцевыми термометрами, оптоволоконными термометрами и ультразвуковыми термометрами.

Вернемся обратно к фигурам, на фиг.1 представлено схематическое и обобщенное изображение устройства 100. Входное отверстие 102 предпочтительно выполнено с патрубком для соединения с трубкой 16, по которой перемещается поток холодной жидкости из мешка 12 для хранения жидкости. Выходное отверстие 104 предпочтительно выполнено с патрубком для соединения с трубкой 18, по которой перемещается поток подогретой жидкости к точке 14 введения в пациента. В качестве трубок 16 и 18 и патрубков могут использоваться любые трубки и патрубки, подходящие для предполагаемого использования и, как правило, являющиеся компонентами стандартных медицинских инфузионных систем. Предпочтительно, устройство 100 выполнено с возможностью соединения с несколькими из различных имеющихся в продаже портами инфузионных трубок.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения устройство 100 также содержит дисплей (экран) 142 для отображения и мониторинга системных параметров, а также для визуальных системных сигналов опасности.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения устройство 100 также содержит отсечной клапан 146 потока, предназначенный для избирательного отсечения потока через трубку 120. Отсечной клапан 146 может электрически управляться посредством соединения с контроллером 140, также при наличие ошибки показывать неисправное состояние устройства (например, блокировка или уменьшение потока, перегрев или подобные) или в ответ на операцию нажатия аварийной кнопки 144. В обоих случаях, контроллер 140 останавливает поток жидкости и прекращает нагрев жидкости. Дополнительно или альтернативно может быть предусмотрен отсечной клапан, непосредственно напрямую управляемый вручную.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения устройство 100 также содержит звуковое аварийное сигнальное устройство, соединенное с контроллером 140 для обеспечения слышимых сигналов тревоги в случае неисправности.

Вернемся к фиг.2, на которой представлено схематическое и обобщенное изображение вышеупомянутого портативного устройства 100. Устройство 100 содержит нагревательную трубку 120, выполненную из металлического материала, преимущественно предназначенную для нагревания и перемещения жидкостей, и контроллер 140, включающий источник энергии, используемый для нагрева протекающей жидкости из одного или более мешков для хранения жидкости от начальной температуры (например, температуры хранения около 4°С) до желаемой температуры, например температуры тела. Установка температуры для нормальной температуры тела составляет примерно 37°С, хотя в определенных особых случаях ВВ использования могут быть необходимы температуры вплоть до 49°С. Нагретая трубка 120 работает как резистивный нагреватель, в котором электрический потенциал прикладывается контроллером 140 вдоль ее части или всей ее длины. В первом предпочтительном варианте осуществления данного изобретения электрическое напряжение прикладывается к точкам подключения 122 возле перегибов трубки 120. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления данного изобретения вдоль длины L трубки 120 располагаются более двух точек подключения 122 электрического напряжения, а контроллер 140 распределяет напряжения независимо между соседними точками подключения 122. Это позволяет контролировать профиль нагрева вдоль длины трубки 120, например, позволяя относительно быстрый нагрев потока жидкости от начальной температуры до близкой к желаемой на первом участке трубки, после чего следует более точная тонкая регулировка температуры потока на последующем втором участке. Такое разделение на независимо контролируемые секции трубки также важно для возможности компенсации временных изменений температуры потока жидкости, входящего во входное отверстие 102. Термочувствительные элементы 160, формирующие часть термочувствительного устройства, предпочтительно установлены между точками подключения электрического напряжения таким образом, чтобы измерять температуру в каждой секции L₁, L ₂, - , L_i трубки 120, и наиболее предпочтительно - вблизи переходов между каждой нагретой секцией и следующей и вблизи к концу последней секции. Факультативно, для минимизации любой потенциальной ошибки измерения температуры из-за тепла, генерируемого внутри стенки трубки, термочувствительный элемент может быть расположен в тепловом контакте с внешней поверхностью ненагретой промежуточной секции, которая соединяет прилежащие нагретые участки трубки.

В определенных предпочтительных вариантах осуществления изобретения устройство 100 является переносным устройством, подходящим для использования в чрезвычайных ситуациях, в полевых условиях и т.п. Для таких применений устройство 100 предпочтительно выполнено в виде автономного устройства, для использования которого не нужно подсоединение к внешнему источнику энергии. Энергия для нагрева потока жидкости предпочтительно производится внутренним источником энергии, таким как перезаряжаемая батарея или топливная батарея, выполненная как часть контроллера 140. Источник энергии предпочтительно перезаряжается посредством подсоединения к источнику энергии транспортного средства/самолета/корабля или основной электросети или посредством ручного зарядного устройства. В случае топливной батареи топливо предпочтительно быстро восполняется посредством топливного картриджа или т.п.

В одном неограничивающем, но предпочтительном ряде примеров длина L трубки 120 находится в диапазоне от около 1 м до около 6 м, предпочтительно в диапазоне от около 3 м до около 5 м; диаметр D трубки 120 находится в диапазоне от около 0,8 мм до около 8 мм, предпочтительно около 2,8 мм, а толщина трубки находится в диапазоне от около 0,05 мм до около 1,4 мм, наиболее предпочтительно в диапазоне от около 0,1 мм до около 0,4 мм. Понятно, что такие диапазоны толщины стенки являются более малыми, чем при использовании полимерных материалов, что делает устройство относительно компактным. Кроме того, металлический материал трубки предпочтительно имеет теплопроводность более чем 5 Вт/(м·К) и, как правило, больше чем 10 Вт/(м·К). Сочетание малой толщины стенки и высокой теплопроводности делает возможным высокоточное измерение температуры через стенку.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения трубка 120 представляет собой трубку из нержавеющей стали, используемой в медицине. Одно из преимуществ трубки такого типа заключается в том, что это позволяет избежать некоторой тепловой деградации, связанной с нагреванием. Термин "тепловая деградация" относится к перегреву трубки вследствие, например, запуска устройства, которое содержит воздух вместо жидкости, в котором трубка может расплавиться или выпустить нежелательные вещества в поток жидкости.

Кроме того, общедоступные полимерные трубки обладают очень малой способностью проводить тепло, что определяется, соответственно, их теплопроводностью между 0,12 и 0,42 Вт/(м·К), в то время как трубки из нержавеющей стали обладают более высокой теплопроводностью свыше 10 Вт/(м·К) и являются намного лучшими проводниками тепла.

Другим преимуществом трубки такого типа являются надежные и стабильные характеристики материала при экстремальных окружающих условиях, таких как: мороз, влажность, жара и нахождение под открытыми солнечными лучами. Трубка 120 также может храниться на протяжении длительных периодов времени без изменения ее свойств.

Длина и толщина металлической трубки 120 специально выбраны для обеспечения продолжительного, постепенного, равномерного точного нагрева наряду с высокой эффективностью использования энергии по всей внутренней поверхности трубки 120. Из-за высокой теплопроводности трубки 120 тепловой КПД обеспечивается посредством перемещения тепла из толщины стенки трубки 120 к ее внутренней поверхности, которая находится в непосредственном контакте с потоком жидкости. Высокий тепловой КПД обеспечивает минимальное энергопотребление. Эффективность использования энергии предпочтительно также улучшается посредством выполнения термоизоляционного покрытия на основной части внешней поверхности трубки 120. Изоляционная оболочка обычно выполняется в виде окружающего трубку рукава с отверстиями, что необходимо для соединения электрических контактов и термочувствительных элементов.

Согласно еще одному признаку данного изобретения трубка 120 содержит внутреннее покрытие электроизоляционным слоем. Покрытие выполнено из биологически совместимого материала. Толщина покрытия является минимальной (обычно несколько десятых миллиметра) для того, чтобы минимально влиять на коэффициент теплопередачи металлической трубки.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления данного изобретения трубка 120 может быть одноразовой, а также может быть выполнена с возможностью отсоединения от контроллера 140 и с возможностью замены, позволяя таким образом повторное использование более дорогого контроллера, в то время как компоненты, входящие в контакт с потоком жидкости, являются одноразовыми для обеспечения стерильности при каждом использовании. Альтернативно, трубка 120 может использоваться повторно. В таком случае трубка 120 предпочтительно выполнена съемной для облегчения процесса стерилизации без повреждения контроллера 140.

Контроллер 140 также содержит термочувствительное устройство для измерения температуры или температур жидкости, протекающей внутри трубки 120. Термочувствительное устройство предпочтительно выполнено в виде системы высокой разрешающей способности, обеспечивающей отображение измеренных температур с точностью до десятых градуса Цельсия. Основываясь на этих измерениях, контроллер 140 предпочтительно выполняет точный контроль температуры потока жидкости у выходного отверстия с точностью, по меньшей мере, 0,1°С и регулируется с точностью, значительно большей, чем устанавливаемая разрешающая способность по всему диапазону значений расходов потока. В определенных предпочтительных вариантах осуществления термочувствительное устройство содержит термочувствительные элементы 160, выполненные на внешней поверхности трубки 120 для считывания температуры трубки 120. Как было рассмотрено выше, свойством трубки 120 является то, что температура внешней поверхности трубки 120 практически идентична температуре внутренней поверхности стенки трубки 120. Даже если небольшая разность температур между температурой жидкости и температурой снаружи трубки считается проблемой, коррекция может быть рассчитана частично на основании информации о текущем расходе потока. Факультативно, в потоке жидкости недалеко от выходного отверстия 104 может быть расположен другой термочувствительный элемент 162, таким образом проверяя конечную температуру жидкости перед введением пациенту.

Вернемся теперь к фигурам 3 и 4, на них представлены схематические изображения устройства 100, изображающие определенные дополнительные факультативные признаки. Фигуры 3 и 4 главным образом отличаются компактной формой, используемой для трубки 120 для облегчения эффективной упаковки. На фиг.3 показана сетка из параллельных трубчатых секций, в которых путь течения проходит из стороны в сторону. С другой стороны, на фиг.4 представлена трубка 120, выполненная в форме двойной спирали. Обе эти формы могут быть выполнены с помощью стандартного оборудования для формирования и профилирования труб малых размеров, которые после формирования являются стабильными и самоподдерживающими.

Также на фиг.3 и 4 показаны дополнительные предпочтительные признаки, касающиеся входного отверстия 102 и выходного отверстия 104, которые показаны более подробно на фигурах 6 и 7 соответственно. Согласно фигуре 6 с входным отверстием 102 предпочтительно связаны: насос 200 для обеспечения желаемого расхода потока жидкости через трубку 120, электрический контакт 122 для приложения нагревающего напряжения от контроллера 144, а также термочувствительный элемент 160. Согласно фигуре 7 с выходным отверстием 104 предпочтительно связаны: термочувствительный элемент 160, электрический контакт 122 для приложения нагревающего напряжения от контроллера 140, дополнительный погруженный термочувствительный элемент 162, датчик 212 потока для измерения расхода потока через трубку 120 и клапан 146, перекрывающий поток.

На фигурах 3 и 4 также показано более подробно примерное исполнение контроллера 140. Следует отметить, что контроллер 140 может быть выполнен, используя систему обработки данных общего назначения, содержащую один или более процессоров, функционирующих с подходящим программным обеспечением, или в виде специализированного оборудования, аппаратно реализованного программного обеспечения или любой их комбинации, при этом используя их в сочетании с различными другими периферийными устройствами для взаимодействия с другими компонентами устройства 100, что, естественно, понятно для специалиста в данной области. Кроме того, в зависимости от проектного решения между двумя или более отдельными блоками могут быть разделены различные функции, выполняемые контроллером 140. Дополнительные функциональные компоненты контроллера 140 показаны на фигурах 3 и 4, включая блок 220 контроля потока для получения выхода из расходомера 212 и приводящий насос 200 потока, блок 222 контроля электрического напряжения и мощности для приложения необходимых электрических напряжений к точкам подключения 122, блок 224 контроля температуры для взаимодействия с термочувствительными элементами 160 и 162 для оснащения термочувствительного устройства, многофункциональный регулятор 226 мощности для управления зарядом батареи и/или входной мощностью от различных типов источников энергии, аварийный блок 228 для обнаружения различных параметров неисправностей и/или нажатия аварийной кнопки 144, включения отсечного клапана 146 и выключения нагрева.

Контроллер 140 предпочтительно регулирует температуру жидкости, по меньшей мере, в трех точках, расположенных на протяжении всей трубки 120, таким образом безопасно контролируя температуру в устройстве 100. В одном неограничивающем примере устройство может быть настроено для доставки жидкости с температурой, выбранной в диапазоне 38-39°С, например, при лечении гипотермии.

Обратимся теперь к фигурам 5А и 5В, на которых представлены схематические подробные изображения вышеупомянутой трубки 120. Термочувствительный элемент 160 выполнен на внешней поверхности трубки 120 и измеряет температуру трубки 120. Термочувствительный элемент 160 удерживается на месте вплотную и, если необходимо, электрически изолируется от трубки 120 любой подходящей структурой, такой как, например, изолирующий адгезив 192. Также, как упоминалось ранее, непосредственно внутрь потока может помещаться дополнительный термочувствительный элемент 162.

Следует отметить, что данное изобретение может быть выполнено с использованием любой подходящей технологии измерения температуры. Обычно используется технология электроконтактного термометра, в котором термочувствительный элемент располагается в контакте с объектом, температуру которого необходимо измерить. Одним типичным, но неограничивающим примером подходящей технологии является использование термистора, соединенного с подходящим измерительным блоком. Другие примеры включают, но не ограничены термоэлектрическими термометрами, резистивными термометрами, полупроводниковыми термометрами, кварцевыми термометрами, оптоволоконными термометрами и ультразвуковыми термометрами. В ряде альтернативных вариантов осуществления могут использоваться оптические пирометры.

На фиг.5В дополнительно показан вариант с изоляционной обшивкой 179 внутри трубки 120.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения устройство 100 является легким, переносным, простым в использовании при любых погодных условиях и условиях окружающей среды. Устройство 100 является стерильным, а любые части, вступающие в контакт с жидкостью, одноразовые.

Согласно определенным предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения устройство 100 работает при рабочих напряжениях в диапазоне от около 6В до 24В и, более предпочтительно, не более чем около 12В. Работа при таких низких и, таким образом, относительно безопасных напряжениях облегчается тем, что металлический материал трубки предпочтительно имеет электрическое сопротивление не более 15 Ом и, более предпочтительно, не более 5 Ом.

Согласно определенным предпочтительным вариантам осуществления данного изобретения устройство может работать от внешнего источника энергии, который соединен с силовой линией или внешним источником энергии транспортного средства в полевых условиях.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения устройство 100 обеспечивает высокую функциональную и эксплуатационную стабильность при механических и температурных воздействиях. Это достигается в первую очередь посредством структурной опорной конструкции для трубки 120.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения устройство 100 способно полностью функционировать и эксплуатироваться при экстремальных условиях окружающей среды наряду с низким потреблением энергии и выполнено с возможностью использования в полевых условиях, например в аварийно-спасательной медицинской службе, в машине скорой помощи, в самолетах, на борту судна или в военных эшелонах, а также в военных полевых операциях.

Согласно одному варианту осуществления данного изобретения устройство 100 содержит защитный клапан, предназначенный для остановки потока жидкости, при возникновении опасного непредвиденного случая. Контроллер 140 обладает дополнительными характеристиками безопасности, которые обеспечивают мгновенную, временную или постоянную остановку потока жидкости. Устройство также содержит аварийную кнопку, которая может быть активирована пользователем.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения устройство 100 также содержит изоляцию (не показано), окружающую металлическую трубку 120, выполненную для электрической изоляции металлической трубки 120, наряду с обеспечением температурной изоляции. Таким образом, трубка 120 является недорогой, легкой в производстве и подходит для использования в широком диапазоне полевых применений.

Согласно другому варианту осуществления данного изобретения устройство 100 также содержит контрольное устройство, предназначенное для определения наличия потока жидкости и для остановки работы устройства, если поток жидкости остановился.

Все ссылка, приведенные в данном описании, полностью включаются в него. Упоминание ссылок не предполагает допущения, что ссылка является описанием уровня техники.

Данное изобретение было описано с подробным описанием вариантов его осуществления, которые были приведены в качестве примеров и не предназначены для ограничения объема правовой охраны изобретения за исключением указанного в приложенной формуле изобретения. Описанные варианты осуществления содержат различные признаки, не все из которых необходимы во всех вариантах осуществления данного изобретения. Некоторые варианты осуществления данного изобретения используют лишь некоторые из признаков или возможные комбинации признаков. Изменения описанных вариантов осуществления данного изобретения, а также вариантов данного изобретения, которые содержат различные комбинации признаков, приведенных в описанных вариантах осуществления данного изобретения, будут ясны для специалистов в данной области.