热交换器的制作方法

本公开涉及一种热交换器。

具体地，本公开涉及一种热交换器，该热交换器配置为被放置为与物体接触，以调节物体的温度。

背景技术：

各种医学治疗涉及身体部分的冷却。在癌症的治疗中，为了减少脱发的范围和/或可能性，已知有在化疗期间冷却患者的头部。

图1展示了已知的冷却帽10的样例。该冷却帽10包括同轴环设置的单一管12，该单一管12堆叠在冷却帽10的顶部，形成部分球形的服装以穿戴在患者的头部。所述管12具有流体入口14和流体出口16。在使用中，将冷却剂从入口14泵至出口16，由此移除与患者接触的区域的热量。

通过绕圆顶模型的外部缠绕所述管12，并且将所述管12的侧面彼此粘接，形成所述帽10，这是耗时的。此外，由于所述帽10用于与人的身体部分接触，包括粘合剂的帽的材料必须符合医学调节标准，这限制了可用的粘合剂的范围，还增加了制造成本。

图2展示了帽10的横截面，其中，管12与患者的头部20接触。如图2所示，在管12的外表面上，可能提供上包裹层18作为帽10的部分。在图2的设置中，可以看出，当管12与头部20接触时，在接触区域之间、管12不接触头部20的地方，存在大缝隙22。即使牵引上层18使得管12轻微地倚靠主体的头部20，如图3所示，在管20不接触主体的头部的地方依然保持有缝隙22。

因此，帽10的构造及操作的原理充分，则导致有问题且制造耗时的帽以及在管12之间留有显著的缝隙22的设备，由此当戴上所述帽时，管在缝隙处不与所述头接触。因此，并非所述头的所有区域都以相同程度冷却。这可能限制如此的帽10提供的治疗的效果。

因此，高度合意的是一种热交换器，该热交换器更简单、制造更快速，并且由此向其所应用的物体提供更均匀的冷却效果。

技术实现要素：

根据本发明，提供了如前面附加的权利要求中所述的装置、系统及方法。本发明的其它特征从从属权利要求及以下描述显而易见。

因此，可能提供了一种热交换器，该热交换器配置为被放置成与一个物体接触，以调节该物体的温度，所述热交换器包括材料层，该材料层界定一通道，传热流体可流经该通道；所述材料层具有：第一侧，其用于与所述物体接触；以及第二侧，其在使用中背离所述物体；其中，所述第一侧具有相对高的热传导系数；以及相较于所述第一侧，所述第二侧具有相对低的热传导系数。

所述第一侧可能是相对弹性的，并且配置为顺从及适应所述物体的表面的形状；并且相较于所述第一侧，所述第二侧是相对刚性的。

所述第一侧可能包括相对薄的基于硅胶的壁；并且相较于所述第一侧，所述第二侧包括相对厚的基于硅胶的壁。

所述第一侧的壁可能包括铝微粒。

所述第二侧可能包括绝热层，该绝热层位于所述硅胶壁的外面。

至少第一侧的部分可能在非变形状态具有双弧度外表面，双弧配置为均与所述物体接触。

至少第二侧的部分可能在非变形状态具有单一的弓形外表面。

所述通道可能具有贯穿所述层的大部分的交互路线，所述通道从单一入口延伸至单一出口。

在每个元件中，所述通道的交互路线从所述热交换器的公称前部至所述热交换器的公称后部。

所述层可能分成区域，通道在至少一个区域中具有交互路线。

所述物体可能为人或动物的身体部分。

可能提供一种服装，该服装包括根据本公开的热交换器。

可能提供一种穿戴在人或动物的头部的帽子以根据本公开的热交换器。

可能还提供了一种制造根据本公开的热交换器的方法，该方法包括：提供第一模型，该第一模型具有表面图案，该表面图案界定所述层的一侧的外部形状；提供第二模型，该第二模型具有表面图案，该表面图案界定所述层的另一侧的外部形状，两个模型的图案在形状上互补，由此在所述层中界定通道的路线；在第二材料的薄片的旁边夹入第一材料的薄片，以便第一薄片将第一模型与第二薄片分开，并且第二薄片将第二模型与第一薄片分开；以及执行连接过程，该连接过程包括将所述两个模型带至一起，以便所述第一材料薄片与第二材料薄片进行接触以经受连接过程。

所述连接过程可能包括在外界温度条件下将所述层带至一起。

所述第一薄片材料和第二薄片材料可能包括硅橡胶。

所述方法可能进一步包括以下步骤：当所述模型在一起时，至少部分地撤出模型的内部通道，以将所述第一及第二薄片材料推向模型的壁，使薄片材料变形至模型的形状，由此为薄片提供以期望的外部横截面形状。

所述模型可能界定帽子的至少一部分的形状，以符合人或动物的头部，或者界定帽子的截面的形状，以连接至其它截面从而构成帽子。

因此，提供了一种带有改进的热交换性能的热交换器。所述热交换器可能采用服装或帽的形式。还提供了一种制造热交换器的方法，相较于现有技术中已知的方法，本方法提供了更加可重复、一致且快速的制造方法。

附图说明

参照附图，描述本公开的样例，其中：

图1至3展示了相关技术的冷却帽的样例；

图4展示了根据本公开的温度调节系统，该温度调节系统包括根据本公开的热交换器；

图5展示了根据本公开的热交换器的局部透视图；

图6展示了图5所示的热交换器的一个区域的底部放大图；

图7展示了图5和6所示的热交换器的一个区域的截面图；

图8展示了根据本公开的热交换器的进一步的截面图；

图9展示了图8中的与弯曲主体接触的截面区域；

图10展示了根据本公开的热交换器的一种选择性的构造；

图11展示了根据本公开的热交换器的进一步的选择性的样例；

图12展示了本公开的热交换器的侧截面的模型的视图；

图13展示了用于本公开的热交换器的一个元件的制造的模型的两半部；

图14展示了与图13相同且外加模型中提供的热交换器材料的前体层的视图；以及

图15展示了一起形成热交换器的一个区域的图14所示的模型的两半部。

具体实施方式

图4展示了热交换器30的一个样例，该热交换器30结合有流体流动及温度控制单元32(或系统)，以形成用于调节物体的温度的流体温度控制调节系统34。所述物体可能是人或动物的身体部分。所述热交换器可能形成服装的部分。例如，所述热交换器可能形成穿戴在人或动物的头部的帽子的部分。

在所示样例中，所述热交换器提供为用于戴在人的头部的帽子的形式。用于流体供应管38和流体返回管40的支撑的站立框架36从所述控制单元32延伸。所述管38将温度调节流体(即，传热流体)输送至所述帽子30。所述管40从所述帽子30接收相同的温度调节流体。所述控制单元32可由使用者通过接口面板42控制，该接口面板42还可能呈现与系统34的操作有关的信息。所述控制单元32配置有滚子44，以便轻易运输。

在操作中，使用者操作所述系统34以调节患者的头部温度至理想值。具体地，所述系统配置用于冷却患者，在此样例中，所述温度调节流体为冷却剂。在其它样例中，所述系统34可能配置为加热或保持患者的身体温度。调节流体的流动速率以及温度调节流体的温度，以实现理想的传热速率，由此将患者的温度带入理想的水平，这些个努努使用者的输入要求来控制。流体通过输送管38泵入入口50，以至帽子30。然后，流体经过帽子30中提供的单一通道52，在出口54(在图4的视图中隐藏)处流出帽子30，以进入返回管40，由此重新进入系统34，以恢复所需温度。

参照图5至15，描述所述帽子的形状、形式及组成元件以及帽子的制造方法。

图5展示了本公开的热交换器30的外侧透视图，热交换器30适配至人的头部。应该领会的是，所示视图为帽子的一个特征，不一定代表帽子在实际中看起来的样子。图6展示了热交换器60的内侧放大图，即接触待冷却的物体的侧面。

所述帽子30包括用于覆盖头部的一侧的第一元件55，用于覆盖头部的另一侧的第二元件56，以及覆盖头部的顶部的中间连接元件57。每个元件55,56,57界定穿过帽子30的单一通道52的一个截面，该单一通道52用于温度调节流体的通过。

每个元件可能设置成连接层材料、间隔成界定通道52的区域以及在通道52的相邻截面之间连接成其它区域的结合。然而，所述元件可能通过任何适当的方法制成，以任何数量的部分制成或者整体形成为一单体，以形成传热层60。在其它样例中，所述热交换器30可能设置成具有统一构造的一个层60。

然而，传热层60包括单一通道52，这是所有样例共有的。所述层60包括材料薄片，该材料薄片界定通道52，该通道52中可能流动有传热流体(即，冷却剂)。

所述层60具有单一入口50及单一出口54，如图4所示。所述入口和出口可能包括若干孔及子结构。然而，帽子的通道仅提供一个入口区域，不管该入口如何或在何处设置和/或配置。同样地，所述帽子仅提供一个出口区域，不管该出口如何或在何处设置和/或配置。

在图4至6所示的样例中，所述通道52的路线通过材料层60的壁来界定，以便通道52具有贯穿层60的大部分的交互或迂回的路线。所述通道52从单一入口延伸进入热交换器，从热交换器到达单一出口。

所述层60可能分成区域，通道在至少一个区域中具有交互路线。

在帽子的至少一个区域中，所述通道52在帽子入口50和帽子出口54之间具有交互路线。

所述通道52的交互路线与帽子30的公称前部至帽子30的公称后部的方向来回地对准。换言之，如图5,6所示，所述通道具有迂回路线，该迂回路线具有位于帽子的公称前部的转折点，该前部对应于其坐落的头部的前部；以及沿一条线的转折点，该线与头部的前部及后部之间的方向对准，该转折点位于头部的前部和后部之间的一点处。

因此，如图所示，所述通道52在每个元件55,56,57中具有交互或迂回的路线，所述交互路线设置为从帽子的公称前部至帽子的公称后部，带有位于帽子的前部和后部之间的近似中途处的转折点，该转折点紧靠另一转折点，该另一转折点是通道的另一来回流道的前端。所述元件55,56,57中的一个或多个可能分为流动区域。例如，根据图5和6所示的第一直接元件或第二元件55,56,57，可能提供有第一流动区域92和第二流动区域94，通道52在两个流动区域设置成具有局部图案，以对应头部的预设部分。在图5,6所示的样例中，通过帽子的侧面的实质公称前半部部之上的通道52的前后路线，界定所述局部图案，帽子的侧面的实质公称前半部部对应于穿戴帽子的头部的侧面的公称前半部部。所述第二区域94界定来回的迂回通道路线，该来回的迂回通道路线覆盖帽子30的侧面的公称后半部部，由此覆盖穿戴帽子30的头部的公称后半部部。换言之，所述流动区域92,94可能界定帽子30的体积，通道52在该体积中仅以部分的方式，而不是以整体的方式，从帽子30的前部向后部延伸。同样地，中间元件55可能包括通道在该元件的后部至前部的路线被截断的区域。

通道52(比如，区域92,94)的图案中可能设置有区域差异，以在人的头部的特别位置处集中温度调节(例如，冷却)，人的头部通常具有特别的温度特征。例如，已知人的头部的区域通常比其它区域更热，在那些区域中可能设置有通道52，以在帽子和头部之间提供不同的传热速率。例如，如图5所示，沿区域92,94之间的连接线存在不同的传热速率的区域(相较于通道52的其它区域)。

在所示样例中，通道52沿其长度从入口50至出口54具有大体上的恒定的横截面积。此外，通道52沿其长度从入口50至出口54具有大体上的恒定的横截面形状。

在其它样例中，通道52的横截面积可能沿其长度在尺寸及形状中变化。

图7展示了描述界定通道62的材料层60的壁的层60的横截面。所述材料层60具有用于接触物体的第一侧64，以及用于在使用中背离物体的第二侧66。相较于第二侧66，所述第一侧64配置为具有相对高的导热系数，所述第二侧66配置为具有相对低的导热系数。此外，所述第一侧64配置为相对弹性的，并且配置为顺从及适应其在使用中将接触的物体的表面的形状。相较于第一侧64，所述第二侧64是相对刚性且坚硬的。所述第一侧64的壁包括相对薄的基于硅胶的材料。所述第一侧64的壁可能包括约束在所述壁中的铝微粒，硅胶用作基底。铝微粒增加其所在的硅胶基底的导热性。

相较于第一侧64的壁，所述第二侧66的壁是相对薄的。所述第二侧64的壁还可能包括硅胶。所述第二侧66的材料的组成可能不同于第一侧64的材料的组成。所述第二侧66还可能包括附加的绝热层68，该绝热层68可能位于界定所述第二侧66的硅胶壁的外部。选择性地，所述绝热层可能位于硅胶壁的内部，或者部分或完全地嵌入第二侧66的壁。

所述第一侧64处于非变形状态，包括波状的外表面。例如，在使用中接触待调节温度的物体的第一侧64具有双弧度外表面，双弧度配置用于接触所述物体。换言之，所述第一侧64的表面具有三个拐点，使其为全面的“w”形或“ω”形。所述第一侧的一些区域还可能包括不同的轮廓，例如，扁平轮廓。

所述第二侧66在非变形状态具有单一弧度外表面。换言之，处于非变形状态的所述第二侧66的横截面为大体半部圆形。所述第一侧的一些区域可能额外或选择性地包括不同轮廓，例如，扁平轮廓。

图8展示了帽子30的一个区域的横截面，展示了通道52的彼此相邻的三个流道。图8描述了界定通道52的材料层60的壁的第一侧64的轮廓，以及当层60不与物体接触或稍稍接触时材料层60的第二侧66。因此，在图8中，所述层展示为非变形状态，第一侧呈现了明显的波状特征。

图9展示了运行状态下与物体70接触的层60，流体在通道52中流动。所述物体70可能是需要温度调节的任何物体，例如，人的身体部分，可能是头部，或者可能是某些其它物体。所述物体70具有不平坦且弓形的轮廓，但由于包括第一侧64的材料的性质，第一侧可变形以大体形成物体70的外表面的形状。变形的发生部分是因为当在物体70上施压时第一侧64的弹性材料将变形。变形的发生还因为贯穿通道52的流体处于压力下，由此第一侧64膨胀以挤压物体70的表面。所述层60的第二侧66是较小弹性的，由此将保持其成形的形状。虽然在相邻的通道流道52的第一侧64的壁之间存在较小的缝隙，相较于图2,3所示的相关技术的构造，这些缝隙是次要的。因此，在操作中，本公开的热交换器适应物体70的大百分比的外表面，并且由此提供大的或者大体上“非中断”的接口表面，热量通过该接口表面在流经通道52的流体和物体70的表面之间交换。由于第一侧64的壁还特别配置为具有高的导热性，热交换器被进一步加强。

在流经通道62的流体为冷却剂的样例中，本公开的设备优于相关技术，因为所述层60的第二侧66具有绝热层68。因此，流经通道52的流体与环境热量绝热，以便可接近通道52中的流体的仅有热源是物体70本身。因此，改进了冷却剂的每体积单元流动的冷却效率。

虽然图4,5,6，中展示了热交换器配置为放置与人的头部接触的样例，本公开的热交换器的其它样例可能配置为放置与身体的其它部分或另一物体接触，以调节物体的温度控制。

如图10所示，热交换器还可能以管或套筒90的形式提供，通道52具有从套筒的一端至另一端的类似的迂回/交互路线。因此，在使用中，待冷却的物体设置在管90的中空通道内。如此的应用可能是在流管或者人或动物身体部分中冷却或保持温度。

选择性地，如图11所示，本公开的热交换器还可能设置为薄片92，该薄片92用于支撑或覆盖物体94，如图11所示。类似于前述范例，通道52可能设置为沿薄片92的长度的交互路线。在所示样例中，所述物体94可能是正在经受医疗程序的人的身体，身体需要保持在规定的恒定的升高或降低的温度。因此，所述物体94可能放置在包裹或覆盖在热交换器92中的桌面96上。

在图10和11的样例中，热交换器连接至如图4所示的温度调节系统34。因此，图10和11的每个热交换器具有入口和出口管，该出口管供应至所述温度调节系统34。

参照图12至15，描述制造热交换器30的方法。

图12展示了模型的侧视图，该模型用于塑造热交换器30的侧面元件，热交换器30用于图4,5,6所示的人的头部。在这个样例中，可以看出，所述模型包括迂回构造的单一通道，以提供关于热交换器层60的所述的路线。图13展示了模型组件150的两半部，或者至少模型组件150的至少一个区域，包括第一半部152和第二半部154，该第一半部152成形用于界定热交换器的材料层60的第一侧64，该第二半部154成形用于界定材料层60的第二侧66。从图13的横截面可以看出，所述模型的形状与界定通道52的壁的形状大体相同。

换言之，制造热交换器30的方法包括提供第一模型元件152和提供第二模型154，该第一模型元件152界定层60的一侧的外部形状，该第二模型154具有一表面，该表面界定层60的另一侧的外部形状。两个模型的图案在形状上互补，由此界定通道52的路线以及层60。

如图14所示，所述方法进一步包括在第二材料66的薄片之后夹入第一材料64的薄片的步骤，以便第一薄片64将第一模型152与第二薄片66分离，并且第二薄片66将第二模型154与第一薄片64分离。

如图15所示，所述方法进一步包括执行连接过程的步骤，包括两两个模型152,154连接在一起，以便第一材料薄片64和第二材料薄片66开始经历连接过程。

所述连接过程包括在环境条件下将材料层64,66集合在一起，即不存在升高温度。这可以实现是因为第一薄片材料64和第二薄片材料66包括硅橡胶，硅橡胶具有在压力的影响下使其粘合的材料属性。因此，仅在模型的接触区域粘合(即图13所示的肩部156)，在界定通道52的“开放”区域不粘合。

当模型152,154在一起时，薄片64,66的区域在肩部区域156粘合，由模型152,154界定的内部通道至少部分地抽空，将第一薄片材料64和第二薄片材料66推向模型152,154的壁，由此是薄片材料变形至模型的形状，并且提供薄片以理想的外部横截面形状，以生成具有通道52的层60。

如前所述，所述模型可能界定帽子的至少一部分的形状以符合人或动物的头部，或者界定帽子的截面的形状以连接至其它截面构成帽子。

所述绝热层68可能连同薄片材料层66纳入成形过程，或者随后增加以作为单独的制造步骤。

其它层可能添加至所述层60的外表面。所述层的第一侧上还可能设置有衬垫，在使用中，该衬垫设置于物体与材料层60之间。

虽然在以上样例中，所述层60描述为基于硅橡胶，可能使用其它材料，附加至硅橡胶或作为备选。同样地，可能使用不同于以上描述的将层64,66粘合在一起的方法，例如，热粘合和/或利用粘合剂。

因此，提供了一种热交换器及一种制造热交换器的方法，该热交换器提供了较相关技术的显著的优点。借助于所述层60的几何结构及材料选择，不仅热交换器本身改进与物体的接触为温度控制，热交换器的制造方法是对等同的已知热交换器的制造的改进，更加可重复且易于创建每个设备。

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