DE202011004944U1

DE202011004944U1 - Medizinisches Gerät zur thermischen Behandlung von Patienten

Info

Publication number: DE202011004944U1
Application number: DE202011004944U
Authority: DE
Original assignee: Hirtz & Co; Hirtz & Co 50968
Current assignee: Hirtz & Co Kg De
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-07-01
Anticipated expiration: 2021-04-07

Abstract

Medizinisches Gerät zur thermischen Behandlung von Patienten, welches mit wenigstens einem Peltier-Element (10) versehen ist, an dessen erster Seite (10a) ein von einem flüssigen Medium durchströmter erster Wärmetauscher (12) angeordnet ist, wobei denigstens ein weiterer von einem gasförmigen Medium durchströmter Wärmetauscher (28) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Seite (10b) des Peltier-Elements (10) ein in einem zweiten Kreislauf (26) von einem flüssigen Medium durchströmter Wärmetauscher (14) und in diesem Kreislauf (26) in Strömungsrichtung hinter diesem Wärmetauscher (14) der weitere Wärmetauscher (28) angeordnet sind, welcher auch von dem gasförmigen Medium durchströmt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein medizinisches Gerät zur thermischen Behandlung von Patienten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Geräte werden dazu benutzt, einem Patienten Wärme zuzuführen oder Wärme zu entziehen, also den Patienten oder Körperbereiche desselben zu erwärmen oder zu kühlen.
Bei Benutzung bekannter medizinischer Geräte dieser Art können bei kühlender Behandlung eines Patienten oder bestimmter Körperbereiche desselben im Allgemeinen Temperaturen erreicht werden, die unter normalen Verhältnissen 15°C nicht unterschreiten. In der Praxis geht jedoch die Tendenz dahin, auch Behandlungen durchzuführen, bei denen tiefere Temperaturen, beispielsweise 5°C und darunter zur Anwendung kommen. Die dazu erforderliche Kühlleistung könnte durch die Verwendung eines Kompressors mit einem geeigneten Kühlmittel anstelle der Peltier-Elemente erreicht werden. Dies hätte jedoch den Nachteil, dass das Gerät eine erhebliche Komplizierung erführe, zumal ggf. zusätzliche Komponenten für eine Behandlung mittels Wärmezufuhr erforderlich wären. Insbesondere im Hinblick auf die Verwendung des Gerätes in Operationsräumen und dgl. ist eine solche Komplizierung unerwünscht. Außerdem wäre bei Verwendung eines Kompressors mit dem dafür geeigneten Kühlmittel eine merkliche Geräuschbelästigung nicht auszuschließen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die im derzeitigen Gebrauch befindlichen medizinischen Geräte mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1, die mit thermoelektrischen Wandlern in Form von Peltier-Elementen versehen sind, derart weiter zu entwickeln, dass bei Wahrung ihrer Vorteile, also insbesondere einer gewissen Einfachheit und der geringen Geräuschentwicklung, eine höhere Kühlleistung erzielbar und gleichzeitig auch die Verwendbarkeit für eine Wärme zuführende Behandlung möglich bleibt.
Diese Aufgabe wird durch eine Ausgestaltung des Gerätes unter Verwendung der Lehre gemäß Anspruch 1 gelöst. Diese Ausgestaltung lässt sich dahingehend zusammenfassen, dass die im allgemeinen mehrere Peltier-Elemente aufweisende Peltier-Einheit an ihrer zweiten Seite durch ein flüssiges Medium, vorzugsweise Wasser, temperiert wird, wodurch in jedem Fall ein höherer Wirkungsgrad erzielbar ist als bei ausschließlicher Verwendung einer Luftkühlung. Der von dem Temperiermedium durchflossene Wärmetauscher kann ähnlich dem Wärmetauscher ausgebildet sein, der an der ersten Seite der Peltier-Einheit für die Temperierung des Mediums verwendet wird, welches die Matte oder ein anderes Element durchfließt, die bzw. das am Körpers des Patienten eine Entnahme oder Zufuhr von Wärme bewirkt und somit ebenfalls als eine Art Wärmetauscher verstanden werden kann.
Die durch Wasserkühlung im Vergleich mit einer Kühlung mit Luft mit Raumtemperatur erreichbare effektivere Kühlung führt dazu, dass der Temperaturunterschied zwischen der kühleren und der wärmeren Seite der Peltier-Einheit kleiner ist als bei bekannten Geräten, die an ihrer zweiten Seite ausschließlich mit einer Luftkühlung versehen sind. Dies hat eine Verbesserung des Wirkungsgrades und damit eine entsprechende Steigerung der Kühlleistung zur Folge, die wiederum dazu genutzt werden kann, eine niedrigere Temperatur an der kühlen Seite der Peltier-Einheit und damit auch des gekühlten Mediums zu erreichen, mittels welchem dem Patienten Wärme entzogen wird.
Für die Kühlung des die Wärme von der zweiten Seite der Peltier-Einheit abführenden flüssigen Mediums, bei dem es sich im allgemeinen um Wasser handeln wird, ist eine Luftkühl-Einrichtung mit einem weiteren Wärmetauscher vorgesehen, in welchem das im Kreislauf fließende, an der zweiten Seite der Peltier-Einheit erwärmte Wasser durch die den weiteren Wärmetauscher durchströmende Luft gekühlt wird. Auf Grund der vorstehend erwähnten effektiveren Kühlung ist die pro Zeiteinheit abzuführende Wärmemenge zwar größer als bei bekannten Geräten, die an der zweiten Seite der Peltier-Einheit lediglich einen von Luft durchströmten Wärmetauscher aufweisen. Dies ist jedoch ohne weiteres durch entsprechende Ausgestaltung des in den zweiten Kreislauf eingeschalteten von Luft durchströmten weiteren Wärmetauschers und ggf. auch durch eine größere Luftmenge pro Zeiteinheit beherrschbar.
Für jeden der von einem flüssigen Medium durchströmten separaten Kreisläufe, welche jeweils einen am Peltier-Element angeordneten Wärmetauscher aufweisen, kann ein Vorratstank für das flüssige Medium vorgesehen sein um sicherzustellen, dass der jeweilige Kreislauf möglichst vollständig mit dem flüssigen Medium gefüllt ist. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann dabei die Anordnung so getroffen sein, dass der Vorratstank des der zweiten Seite des Peltier-Elementes zugeordneten Kreislaufs in Reihe mit den zugehörigen Wärmetauschern geschaltet ist derart, dass er während des Betriebs des Gerätes vom flüssigen Medium durchströmt wird. Durch diese Anordnung erfährt das in diesem Kreislauf umlaufende flüssige Temperiermedium eine merkliche Zunahme seines Volumens, wodurch die Kapazität des Kreislaufs für die Aufnahme von Wärme vergrößert wird.
Das Gerät gemäß der Erfindung weist zwar im Vergleich mit bekannten derartigen Geräten zusätzliche Komponenten auf, nämlich einen Wärmetauscher und einen diesem zugeordneten Flüssigkeitskreislauf an der zweiten Seite der Peltier-Einheit. Dieser Mehraufwand ist jedoch vertretbar im Hinblick auf die dadurch erzielbare stärkere Absenkung der Temperatur des den Patienten kühlenden Mediums. Zudem erfährt das Gerät durch die Anwendung der erfinderischen Lehre keine Komplizierung, die seine Einsetzbarkeit beschränken oder ggf. auch merklich erschweren könnte. Schließlich ist die durch die Erfindung in erster Linie angestrebte Verbesserung, nämlich eine stärkere Absenkung der Temperatur an der für die Behandlung des Patienten relevanten Seite der Peltier-Einheit, erzielbar, ohne dass dazu eine entsprechende Vergrößerung der von den Peltier-Elementen gebildeten Einheit oder eine zwei- oder mehrstufige Anordnung von Peltier-Elementen erforderlich wäre, wenngleich dies nicht ausgeschlossen sein soll.
Ein Vorteil des Gerätes gemäß der Erfindung besteht darin, dass es nicht nur für die Wärmeableitung vom Patienten, also dessen Kühlung verwendbar ist, sondern auch für die Wärmeübertragung zum Patienten. Dabei bleibt eine Änderung von der einen Behandlungsart zur anderen in einfacher Weise dadurch möglich, dass lediglich die Richtung des Stromes, welcher die Peltier-Elemente durchfließt, umgekehrt wird. Bei einem Betrieb des Gerätes zwecks Wärmezufuhr zum Patienten würde die erste Seite der Peltier-Einheit eine Temperatursteigerung und die zweite Seite eine Temperaturabnahme erfahren mit der Folge, dass das flüssige Medium, welches den an der zweiten Seite der Peltier-Einheit befindlichen Wärmeaustauscher durchfließt, eine höhere Temperatur aufweisen muss als die zweite Seite der Peltier-Einheit und demzufolge der weitere in diesem Kreislauf vorgesehene Wärmetauscher, der auch von Luft durchströmt ist, bei dieser Betriebsart der Erwärmung des flüssigen Mediums dient.
Unabhängig davon, ob das Gerät gemäß der Erfindung zur Entnahme oder zur Zufuhr von Wärme verwendet wird, weist es im Vergleich mit bekannten mit Peltier-Elementen betriebenen Geräten einen höheren Wirkungsgrad auf, so dass auch bei einer Behandlung mittels Wärmezufuhr zum Patienten höhere Temperaturen möglich wären, wenngleich hier bestimmte Maximaltemperaturen im Normalfall nicht überschreitbar sein werden. In jedem Fall, also unabhängig von der Betriebsart, reicht die Temperierung des der zweiten Seite der Peltier-Einheit zugeordneten Kreislaufs durch den auch von Luft durchströmten Wärmetauscher aus, um das flüssige Medium dieses Kreislaufs auf die jeweils erforderliche Temperatur zu kühlen oder zu erwärmen.
In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel ein Schema der bei einem Gerät gemäß der Erfindung vorgesehenen Kreisläufe mit zugeordneten Wärmetauschern und anderen für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Komponenten dargestellt.
Eine Peltier-Einheit 10, die aus mehreren Peltier-Elementen bestehen kann, ist an jeder thermisch relevanten Seite desselben, einer ersten Seite 10a und einer zweiten Seite 10b, mit mindestens einem Wärmetauscher 12 bzw. 14 versehen. Der der ersten Seite 10a angeordnete Wärmetauscher 12 ist Teil eines ersten geschlossenen Kreislaufes 16, welcher als „Patientenkreislauf” bezeichnet werden kann. In diesen ist wenigstens ein dem Patienten zugeordneter weiterer, in der Zeichnung nicht dargestellter Wärmetauscher eingeschaltet, der z. B. als mattenförmige Komponente ausgebildet ist, die während der Behandlung in Kontakt mit dem Patienten ist und von den im Kreislauf 16 geführten flüssigen Medium durchströmt wird, welches im ersten Wärmetauscher 12 auf die gewünschte Temperatur gebracht wird. Der Kreislauf 16 ist mit einer Pumpe 18 versehen, welche im Vorlauf 20 des Kreislaufes 16 angeordnet ist, der zwei Abzweigungen 22 aufweist, an welchen in die wenigstens eine Matte angeschlossen ist, mit der der Patient in Berührung ist, beispielsweise derart, dass er auf dieser Matte liegt. Das innerhalb dieser Matte erwärmte – bei Wärmeentzug – oder abgekühlte – bei Wärmezuführung – flüssige Medium wird durch zwei mit der Matte verbundene Rücklaufanschlüsse 24 zum Wärmetauscher 12 zurückgeführt.
Oberhalb des ersten Wärmetauschers 12 ist ein Tank 38 angeordnet, der einen Vorrat der im Kreislauf 16 umlaufenden Temperierflüssigkeit enthält und sicherstellt, dass der Kreislauf 16 immer mit einer ausreichenden Flüssigkeitsmenge gefüllt ist.
Der an der zweiten Seite 10b der Peltier-Einheit 10 angeordnete Wärmetauscher 14 ist Teil eines zweiten geschlossenen Kreislaufes 26, welcher von einem flüssigen Medium, vorzugsweise Wasser, durchströmt wird und vom Patientenkreislauf 16 getrennt ist. In diesen Kreislauf 26 ist ein Wärmetauscher 28 eingeschaltet, welcher als Lamellenkühler ausgebildet ist und von Umgebungsluft durchströmt wird. Dazu sind dem Wärmetauscher 28 Axiallüfter 30 zugeordnet, welche einen den Wärmetauscher in der durch die Pfeile 32 angegebenen Richtung durchströmenden Luftstrom erzeugen. Die umlaufende Bewegung des flüssigen Mediums im Kreislauf 26 wird durch eine Pumpe 34 bewirkt. In den zweiten Kreislauf 26 ist in Strömungsrichtung 40 des Mediums nach dem Wärmetauscher 14 und vor dem weiteren Wärmetauscher 28 ein Tank 36 eingeschaltet, welcher einen Vorrat der im Kreislauf 26 umlaufenden Flüssigkeit enthält und sicherstellt, dass auch für diesen Kreislauf 26 immer eine ausreichende Flüssigkeitsmenge vorhanden ist.
Im Gegensatz zum Tank 38, welcher dem Patientenkreislauf 16 zugeordnet ist, wird der Tank 36 während des Betriebs des Gerätes von der im Kreislauf 26 umlaufenden Flüssigkeit durchströmt, so dass der im Tank 36 befindliche Flüssigkeitsvorrat an dem durch den Kreislauf 26 umlaufenden Flüssigkeit bewirkten Wärmetransport teilnimmt mit der Folge, dass die Kapazität der im Kreislauf geführten Flüssigkeit für die Aufnahme bzw. Abgabe von Wärme entsprechend größer ist. Dies kann sich bei einer Behandlung des jeweiligen Patienten, die nur kurze Zeit dauert, vorteilhaft dahingehend auswirken, dass die von der Peltier-Einheit 10 abzuführende Wärmemenge bzw. dieser zuzuführenden Wärmemenge von der um das Volumen der im Tank 36 befindlichen Flüssigkeit vergrößerte Flüssigkeitsmenge aufgenommen bzw. abgegeben werden kann, ohne dass es erforderlich wäre, den von Luft durchströmten Wärmetauscher 28 einzuschalten. Allerdings wird die Größe des Tanks 36 normalerweise so bemessen sein, dass das Volumen der darin unterzubringenden Flüssigkeit nicht größer ist als für die Aufrechterhaltung der vollständigen Füllung des Kreislaufes 26 erforderlich, damit die Dimensionierung des Gerätes durch den Tank nicht oder nur unwesentlich beeinflusst wird.
Der erste Kreislauf 16 ist mit einem Bypass 42 versehen, welcher die Möglichkeit gibt, bereits vor Anschluss des dem Patienten zugeordneten Wärmetauschers, also beispielsweise der bereits erwähnten Matte, einen wesentlichen Teil des im Kreislauf umlaufenden Mediums auf die für die Behandlung erforderliche Temperatur zu bringen. Dementsprechend ist auch die Pumpe 18 in dem Teil des Kreislaufes 16 angeordnet, welcher durch den Bypass 42 kurzgeschlossen werden kann.
Mit 44 sind Durchflussanzeigen in den Vorlaufanschlüssen für den dem Patienten zugeordneten Wärmetauscher bezeichnet.
Welche der beiden Seiten 10a, 10b der Peltier-Einheit gekühlt bzw. erwärmt wird, hängt von der Richtung ab, in welcher der Strom durch die Peltier-Elemente geleitet wird, so dass durch entsprechende Änderung der Stromrichtung von einer Behandlung mittels Hypothermie zu einer solchen mittels Hyperthermie und umgekehrt geschaltet werden kann.
In der Zeichnung sind zwecks besserer Übersichtlichkeit die der Peltier-Einheit 10 unmittelbar zugeordneten Wärmetauscher 12 und 14 in einem Abstand von der jeweiligen Seite 10a bzw. 10b dargestellt. Tatsächlich ist die Anordnung so getroffen, dass sie die Wärmetauscher in unmittelbarem Kontakt mit den die Peltier-Einheit an beiden Seiten begrenzenden plattenförmigen Bauteilen befindet.
Bezugszeichenliste

10: Peltier-Einheit
10a: Erste Seite
10b: Zweite Seite
12: Erster Wärmetauscher
14: Wärmetauscher
16: Erster Kreislauf
18: Pumpe
20: Vorlauf
22: Vorlaufanschlüsse
24: Rücklaufanschlüsse
26: Zweiter Kreislauf
28: Weiterer Wärmetauscher
30: Axiallüfter
32: Pfeile
34: Pumpe
36: Tank
38: Tank
40: Strömungsrichtung
42: Bypass
44: Durchflussanzeige

Claims

Medizinisches Gerät zur thermischen Behandlung von Patienten, welches mit wenigstens einem Peltier-Element (10) versehen ist, an dessen erster Seite (10a) ein von einem flüssigen Medium durchströmter erster Wärmetauscher (12) angeordnet ist, wobei dem Peltier-Element an seiner zweiten Seite (10b) wenigstens ein weiterer von einem gasförmigen Medium durchströmter Wärmetauscher (28) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der zweiten Seite (10b) des Peltier-Elements (10) ein in einem zweiten Kreislauf (26) von einem flüssigen Medium durchströmter Wärmetauscher (14) und in diesem Kreislauf (26) in Strömungsrichtung hinter diesem Wärmetauscher (14) der weitere Wärmetauscher (28) angeordnet sind, welcher auch von dem gasförmigen Medium durchströmt ist.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der zweiten Seite (10b) des Peltier-Elementes (10) zugeordnete Kreislauf (26) mit einem Vorratstank (36) für die in diesem Kreislauf umlaufende Flüssigkeit versehen und der Vorratstank in diesen Kreislauf (26) in Reihe eingeschaltet ist.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratstank (36) zwischen dem an der zweiten Seite (10b) des Peltier-Elements (10) angeordneten Wärmetauscher (36) und dem von einem gasförmigen Medium durchströmten weiteren Wärmetauscher (28) angeordnet ist.