背景技术：
通常在医院使用静脉注射流体、骨内注射流体或输注流体例如血液。在野外例如在在灾区或战区中从事故现场到医院的患者转移期间也使用输注流体。患者可以在诸如救护车或直升机的交通工具中转移。在大多数医疗过程和应用期间使用输注流体。这样的输注流体一般从静脉输液袋(ivfluidbag)或容器输送到患者的血管中。血液在储存期间被冷藏，而其他类型的输注流体可以保持在环境温度下。
如果输注流体在储存温度下直接从储存器注入患者体内，可能会对患者造成生命危险并可能导致体温过低。因此，需要将输注流体加温至接近患者的期望体温的温度，以避免加热不足的输注流体的施用导致患者体温下降。
输注流体加温器可以在使用后丢弃或在下次使用之前消毒。在这两种情况下，都期望尽可能降低流体加温器的成本，以为了患者的利益经济地花费资源。
此外，输注流体加温器的便携性、可靠性、使用安全性和坚固性对于救护人员、医生、护理人员，战斗救护员或救援人员需要将输注流体加温器带到难以到达的救灾现场或战区的野外使用而言是特别重要的。在这种情况下，救援人员必须经常为可能处于由于例如倒塌的建筑结构或敌方火力的危险而引起的狭小的空间和危险的条件下的伤员提供救生急救。因此，尽可能地减小输注流体加温器的尺寸、重量和部件数量是特别重要的。用于输注流体加温器的电源例如包括可充电电池也必须运送到救援现场。因此，输注流体加温器的高的能量效率有利于限制电源的尺寸和重量。
wo2005/027578公开了一种具有pcb型加热器的输注流体加温器。示例3和图9中公开的实施方式包括具有用于入口连接部的支承件的主体。入口连接部与由从主体突出的多个壁限定并且形成之字形图案的流动路径连通。流动路径由附接至壁的盖闭合，以防止流体流出。流动路径终止于出口连接部。
wo2005/027578公开了分别插入主体内侧和盖内侧中的至少一个内侧的两个pcb型加热器。主体由abc制成并且盖由pe制成。pcb型加热器通过由绝缘基板上的电路图案形成的加热电阻器建立。在加热电阻器上方放置由未公开的材料形成的绝缘膜以用于保护。据了解，在主体内侧的内侧上的pcb型加热器嵌入abc材料。因此，加热器必须通过abc材料和绝缘膜加热。这也适用于必须经由pe和绝缘膜加热的在盖内侧上的加热器。
wo2005/027578中的输注流体加温器的缺点在于：加热经由通常具有低热导率的作为聚合物的abc和pe材料来施加加热。因此加热缓慢反应且不是非常有效。
输注流体加温器基于从位于绝缘基板上的温度传感器读取的温度来进行控制。温度传感器测量加热器的温度，并间接地测量分别穿过abc和绝缘膜以及pe和绝缘膜的流动路径中的输注流体的温度。wo2005/027578公开了用于建立用于测量加热器的温度的所述温度传感器的多个解决方案，所述多个解决方案之一在图5中示出。
加热电阻器通过使用不同材料涂覆绝缘基板的一侧而形成，形成两个具有大热电功率的电阻器，以当施加电力时加热或者当电力去除时形成热电偶。两个电阻器通过通孔耦接。当电力去除时，热电偶将在接头处测量加热器的温度。
由于流体通过abc或pe材料和绝缘膜与接头分离，所以流体不会具有与接头处的加热器的测量温度相同的温度。
鉴于现有技术装置的上述缺点，本发明的一个目的是提供一种与现有技术装置相比具有更准确的流体温度控制的输注流体加温器。
本发明的另一目的是提供一种节能、紧凑、可靠和有成本效益的输注流体加温器。
技术实现要素：
本发明的第一方面涉及一种输注流体加温器，包括：
dc电源输入；
包括第一表面和相对的第二表面的第一印刷电路板，其中，该第二表面包括第一一体形成的电阻图案；
包括第一表面和相对的第二表面的第二印刷电路板，其中，该第二表面包括第二一体形成的电阻图案；
热交换器，其包括由在热交换器的流体入口与流体出口之间延伸的流体通道或通路分隔开的上壁结构和相对的下壁结构；以及
用于将dc电源输入连接到第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案的控制器，其特征在于，上壁结构的外表面热连接到第一电阻图案并且下壁结构的外表面热连接到第二电阻图案，并且控制器被配置成：
在第一时间段期间将dc电源输入选择性地连接到第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案以在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案中消耗电力，
在第二时间段期间确定第一一体形成的电阻图案的电阻和/或第二一体形成的电阻图案的电阻，以及
基于所确定的电阻来确定第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案的温度。
在此实现的输注流体加温器提供了对输注流体的更加反应灵敏且准确的温度控制。
通过基于分别与上壁结构或下壁结构热接触——即，进而与流过流体通道或通路的输注流体热接触——的第一电阻图案或第二电阻图案的电阻来测量温度，温度测量或确定表示在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案的整个区域的平均温度。温度确定不是基于沿流体通道的单个点处的流体温度。
在输注流体加温器的一个实施方式中，dc电源通过可以包括一个或更多个可充电电池例如基于锂离子的电池的电池或电池组提供。电池被配置成提供输注流体加温器中的控制器可接受的特定电压。
dc电源输入基于在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案中消耗电力的需要而被选择性地连接到第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案。电力消耗的需求取决于诸如穿过流体通道的输注流体的流量、流体入口处的输注流体温度、环境温度等因素。
在一些第一时间段中，将需要在整个时段连接dc电源输入以在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案中消耗足够的电力。在另一些第一时间段中，dc电源输入将在所述时段中的一部分期间连接且在剩余时段期间断开，只要通过这样的操作在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案中可以消耗必需的电力即可。在又另一些时间段中，如果在第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案中不需要消耗电力，则dc电源输入可以在整个第一时间段期间断开。
在输注流体加温器的一个实施方式中，dc电源输入通过连接到ac电源的电源例如电源连接来提供。ac电源电压例如在输注流体加温器的ac-dc转换器中被整流并转换成所需要的dc电压。
输注流体加温器可以包括外壳体或外壳，该外壳体或外壳包封并保护流体加温器的先前讨论的部件中的一些或全部部件例如第一印刷电路板和第二印刷电路板、热交换器等。外壳体或外壳的形状、尺寸和其他特征在下面参照附图更详细地讨论。
第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个可以是普通单个层的多层刚性电路板以保持低的制造成本。第一印刷电路板和第二印刷电路板中的每一个包括绝缘基板和导电图案。导电图案可以建立安装在第一印刷电路板或第二印刷电路板上的不同电部件之间的电连接。此外，导电图案本身形成输注流体加温器的部件，即第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案中之一。因此，第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案在向图案供电时用作加热器或加热元件，并且在第二时间段期间结合电阻确定用作温度传感器。本领域技术人员将理解，第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案(或者简称为第一电阻图案和第二电阻图案)的多功能性使流体加温器具有少数目的单独部件、改进的可靠性和低成本。
在实施方式中，第一一体形成的电阻图案和第二一体形成的电阻图案中的每一个的电阻小于11ω，例如为1ω至7ω。
通过将第一印刷电路板的第二表面设置成与上壁结构的外表面直接接触来建立第一电阻图案与热交换器的上壁结构的外表面之间的热连接。可以例如在组装前将导热膏或膜添加到配合表面，以增加上壁结构与第一一体形成的电阻图案之间的导热性。
类似地，通过将第一印刷电路板的第二表面设置成与下壁结构的外表面直接接触来建立第二一体形成的电阻图案与热交换器的下壁结构的外表面之间的热连接。可以在组装前将导热膏或膜添加到配合表面，以增加下壁结构与第二电阻图案之间的热传导。在这两种情况下，导热膏或膜都可以是电绝缘的。
热交换器的上壁结构和下壁结构以气密的关系被设置在一起。由上壁结构和下壁结构限定的腔限定在流体入口与流体出口之间延伸的流体通道或流体通路。
在输注流体加温器的实施方式中，流体通道或通路在流体入口与流体出口之间沿热交换器的纵向轴线基本上笔直地延伸。
在第一电阻图案和第二电阻图案中消耗并因此被传递到流体通道或通路中的输注流体的电力的量与热交换器的分别与上壁结构和下壁结构热接触的电阻图案的面积成比例。
当dc电源在第一时间段期间耦接到第一电阻图案和/或第二电阻图案时，上壁结构和下壁结构的与流体通道中的输注流体热接触的表面的温度将增加为超过输注流体的温度，由此加热输注流体。
在第二时间段期间确定或测量第一电阻图案和/或第二电阻图案的电阻。当进行测量时，可以通过引入分别与第一电阻图案和第二电阻图案串联的参考电阻器来测量电阻。dc电源输入被连接。分别在参考电阻器与第一电阻图案或第二电阻图案之间的参考点处测量电压。
此外，电源的电压被测量，或者通过其设计先验已知。由于参考电阻器的电阻是已知的，所以可以使用欧姆定律和基尔霍夫电路定律来建立第一电阻图案或第二电阻图案的电阻。
期望第二时间段较短，以限制在测量期间在第一电阻图案或第二电阻图案中消耗的电力，原因是这可能导致在第一电阻图案或第二电阻图案中消耗电力。
可替代地，可以直接在至电阻图案的端子上测量第一电阻图案或第二电阻图案的电阻，以免dc电源中断或断开。
如果通过将输注流体加温器暴露于接近输注流体加温器的设定温度的已知温度来校准输注流体加温器，则所确定的温度的值不必是精确的温度读数。然后，由于流体出口处的输注流体的温度的操作范围优选地在36℃至42℃之间的窄间隔内变化例如在如约39℃的设定点或目标温度附近，所以关于输注流体加温器的控制的任何制造公差将被取消或不显著。
在实施方式中，dc电源输入按如下步骤操作：
1.如果在第二时间段期间的所确定的温度低于预设阈值，则启动第一时间段，其中dc电源输入在第一时间段的一部分或整个时间段期间连接到第一电阻图案和/或第二电阻图案。
2.如果所确定的温度高于阈值，则可以启动第一时间段，其中dc电源输入在第一时间段期间断开。
可以重复步骤2直至温度在阈值以下。
将dc电源输入连接到第一一体形成的电阻图案和/或第二一体形成的电阻图案的步骤以及确定电阻的步骤可以单独地执行，使得用一个电阻图案对输注流体的加热不影响另一电阻图案的温度确定。
可替代地，第一一体形成的电阻图案可以连接到dc电源输入，同时确定第二一体形成的电阻图案的电阻，以及第二一体形成的电阻图案可以连接到dc电源输入，同时确定第一一体形成的电阻图案的电阻。换言之，第一一体形成的电阻图案可以处于第一时间段中，同时第二一体形成的电阻图案处于第二时间段，以及第二一体形成的电阻图案可以处于第一时间段中，同时第一一体形成的电阻图案处于第二时间段。
上述输注流体加温器构造的可靠性高，原因是由于如前所述相同的部件用于多个目的而减小了部件数。第一电阻图案和第二电阻图案优选地仅由一种材料制成。因此，制造成本低廉，并且消除了在同一印刷电路板上布置和操作不相似材料的可靠性方面的任何缺点。
在另一实施方式中，根据本发明的输注流体加温器包括电子开关电路，该电子开关电路包括根据控制器的控制信号能够选择的第一开关状态和第二开关状态。电子开关电路被配置成用于通过选择第一开关状态将dc电源输入连接到第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案，并且被配置成通过选择第二开关状态将dc电源输入与第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案断开。
在本输注流体加温器的另一实施方式中，控制器被配置成用于在从第一时间段切换为第二时间段时提供预定延迟时间例如10ms至200ms。至第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案的dc电源优选地在预定延迟时间期间断开以中断在第一一体形成的电阻图案或第二一体形成的电阻图案中的电力消耗。因此，与热交换器的上壁结构和下壁结构热连接的第一电阻图案或第二电阻图案将基本达到与所述壁结构基本相同的温度。在预定延迟时间期间，上壁结构和下壁结构的温度朝向流体通道或通路中的输注流体的温度靠拢。因此，可以间接确定流体通道或通路中的输注流体的温度。预定延迟时间将提高温度确定或测量的准确度。
在本输注流体加温器的另一实施方式中，控制器被配置成随时间选择性地将dc电源输入连接到第一电阻图案或第二电阻图案以及将dc电源输入与第一电阻图案或第二电阻图案断开，以根据输注流体的设定点温度或目标温度控制输注流体的温度。
在输注流体加温器的另一实施方式中，热交换器的上壁结构和下壁结构中的每一个由热导率等于或大于15w/(m·k)或者等于或大于200w/(m·k)的材料构成。
热导率越高，能量以热量形式分别从第一电阻图案和/或第二电阻图案经由上壁结构和下壁结构至输注流体的传导越有效。
上面包括的材料是金属材料，例如铝以及非金属材料如导热聚合物。
其效果是，第一电阻图案和/或第二电阻图案与输注流体之间的温差可以在第一电阻图案和/或第二电阻图案中的电力消耗期间降低。
输注流体加温器的示例性实施方式被配置成在第一电阻图案和/或第二电阻图案中的电力消耗期间输注流体的目标温度为39℃±3℃且第一电阻图案和/或第二电阻图案的最高温度等于或低于42℃。该实施方式添加了在输注流体供应中断的情况下流体加温器的故障安全特征。例如，在流体流动突然中断的情况下，保持在热交换器中的输注流体的温度将升高到热交换器的上壁结构和下壁结构的温度以达到热平衡。如果具有上壁结构和下壁结构的温度的输注流体被注入患者，则上壁结构和下壁结构的温度低于可能对患者造成伤害的温度。因此输注流体的中断和随后的输注流体流动的重新开始对病人是安全的。
此外，随着传导率增加，第二时间段期间的温度测量变得更加灵敏和准确。
在实施方式中，上壁结构和下壁结构由具有约16w/(m·k)的热导率的不锈钢制成。
在实施方式中，热交换器的上壁结构和下壁结构由具有约20w/(m·k)的热导率的导热聚合物制成。
在实施方式中，热交换器的上壁结构和下壁结构由具有约205w/(m·k)的热导率的铝制成。
铝可以被阳极氧化以提供第一电阻图案与上壁结构之间的电绝缘以及第二电阻图案与下壁结构之间的电绝缘。因此，给上壁结构和下壁结构的表面施加氧化铝薄层。氧化铝层具有约30w/(m·k)的热导率。
在输注流体加温器的另一实施方式中，金属热交换器的上壁结构的外表面和下壁结构的外表面包括电绝缘材料层或片，例如氧化铝(al2o3)、硝酸铝或氧化铍层以使金属热交换器与第一一体形成的电阻图案和第二一体形成的电阻图案电绝缘。
氧化铝是生物兼容陶瓷材料。因此可以与要分配给患者的输注流体直接接触。
输注流体加温器的某些实施方式可以包括围绕并接触金属热交换器的上壁结构和下壁结构的外围边缘的电绝缘框、电绝缘衬垫或电绝缘环，以符合医疗设备的各种官方电气安全标准。根据该实施方式，输注流体加温器还包括：
外壳体或外壳，其包围并包封至少热交换器、第一印刷电路板和第二印刷电路板；和
电绝缘框、电绝缘衬垫或电绝缘环，其围绕并接触金属热交换器的上壁结构和下壁结构的外围边缘以防止热交换器与外壳体之间的物理接触和电接触。
电绝缘框、电绝缘衬垫或电绝缘环可以包括弹性剂或组合物例如有机硅或橡胶，并且可以布置在流体加温器的热交换器与外壳壳或外壳体壳之间，以避免这些部件之间的物理接触和/或电连接。围绕热交换器的电绝缘框、电绝缘衬垫或电绝缘环的布置可以在输注流体与输注流体加温器的外壳或外壳体之间提供附加的电绝缘阻挡，以增强其ac主电源绝缘。
在本输注流体加温器的另一实施方式中，金属热交换器的上壁结构和下壁结构具有板状结构，所述板状结构在流体通道或通路上的厚度小于5mm或小于3mm。
上壁结构或下壁结构在流体通道或通路上的厚度是在确保结构完整性和支持经由壁结构的热传导之间的折衷。
确保结构完整性需要一定厚度。经由壁结构的热传导随厚度减小而增加。小于5mm或小于3mm的厚度是良好的折衷方案，并且当向电阻图案施加电力时呈现出良好的热流，并且在向电阻图案的电力供应中断时在温度测量期间呈现出良好的灵敏性。
在根据本发明的输注流体加温器的另一实施方式中，流体通道或通路的宽度与厚度的比至少为50:1或至少为175:1或至少为350:1。
在根据本发明的输注流体加温器的另一实施方式中，流体通道或通路的厚度为0.1mm至0.5mm或者为约0.2mm。
流体通道或通路可具有各种轮廓。
在实施方式中，流体通道或通路可以被分成三个区域。第一个区域是入口过渡区，第二个是中央区，第三个是出口过渡区。
在入口过渡区域中，流体通道或通路的轮廓从与流体入口的直径对应的宽度过渡到与三角形形状的中央区域的宽度对应的宽度。入口过渡区域中的流体通道或通路的厚度从对应于流体入口的直径的厚度减小到与也是三角形的中央区的厚度对应的厚度。
在中央区域中，流体通道或通路的宽度和厚度朝出口过渡区域不变。
在出口过渡区中，流体通道或通路的宽度减小，厚度在三角形形状上不变，直到到达流体出口为止。此处轮廓变成圆形。
在上述实施方式中，中央区域的横截面积分别小于流体入口和流体出口的横截面积。在所述实施方式的中央区域中，流体通路的宽度与厚度的比为约175:1，并且厚度为约0.2mm。与宽度相比，这导致流体通道或通路中的输注流体的相对薄的膜。因此，流体通道或通路中的输注流体暴露于相对较高的每体积散热量。因此，在输注流体被加热到设定温度之前，输注流体仅需要在流体通路中纵向行进相对短的距离。
在输注流体加温器的实施方式中，第一电阻图案和第二电阻图案的轮廓对应于流体通道或通路的轮廓。该实施方式实现了从第一电阻图案和第二电阻图案消耗的电力量可以最大化。
在输注流体加温器的另一实施方式中，控制器和/或开关电路被结合或焊接到第一印刷电路板的第一表面，或者结合或焊接到第二印刷电路板的第一表面。
然后将控制器安装在输注流体加温器的印刷电路板上。此外，从控制器和/或开关电路到电阻图案的距离可以尽可能短，以限制由于电路中的电阻造成的损耗。
在根据本发明的输注流体加温器的另一实施方式中，第一印刷电路板还包括：
在第二表面上形成的至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案，和/或其中第二印刷电路板还包括：
在第二表面上形成的至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案。
通过在第一印刷电路板和第二印刷电路板中引入另外的电阻图案，可以降低在每个电阻图案中消耗的最大电力，以保护电源并限制电力消耗期间电阻图案的最高温度。
在输注流体加温器的实施方式中，每个另外的电阻图案的电阻小于11ω，例如为1ω至7ω。
另外的电阻图案可以在尺寸和电阻方面不同。
在输注流体加温器的另一实施方式中，热交换器包括分别布置在纵向延伸的流体通道或通路的第一端和相对的第二端处的流体入口端口和流体出口端口。
在本输注流体加温器的另一实施方式中，第一一体形成的电阻图案和所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案沿第一印刷电路板的第二表面依次布置；和/或其中第二一体形成的电阻图案和所述一个或更多个另外且单独的一体形成的电阻图案沿第二印刷电路板的第二表面依次布置。
在输注流体加温器的另一实施方式中，电子开关电路还包括：
串联地耦接在dc电源输入与第一一体形成的电阻图案之间的第一可控半导体开关以及跨第一可控半导体开关的输入端子和输出端子连接第一参考电阻；以及
串联地耦接在dc电源输入与第二一体形成的电阻图案之间的第二可控半导体开关以及跨第二可控半导体开关的输入端子和输出端子连接的参考电阻器。
第一参考电阻器和第二参考电阻器中的每一个的电阻可以是第一可控半导体开关和第二可控半导体开关中的每一个的导通电阻的至少100倍。
在根据本发明的输注流体加温器的另一实施方式中，电子开关电路还包括多个另外的可控半导体开关，所述多个另外的可控半导体开关耦接到控制器并被配置成用于：
选择性地将第一印刷电路板的所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案连接到dc电源输入以及将第一印刷电路板的所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案连接到dc电源输入与dc电源输入断开；和/或
选择性地将第二印刷电路板的所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案中的每一个连接到dc电源输入以及将第二印刷电路板的所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案中的每一个与dc电源输入断开。
所述连接和断开基于所确定的温度和来自电源的可用电力。
在根据本发明的输注流体加温器的另一实施方式中，控制器还被配置成：
随时间将第一印刷电路板的第一一体形成的电阻图案和所述至少一个另外的一体形成的电阻图案连接到dc电源输入以及将第一印刷电路板的第一一体形成的电阻图案和所述至少一个另外的一体形成的电阻图案连接到dc电源输入与dc电源输入断开，
随时间将第二印刷电路板的第二一体形成的电阻图案和所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案连接到dc电源输入以及将第二印刷电路板的第二一体形成的电阻图案和所述至少一个另外且单独的一体形成的电阻图案与dc电源输入断开。
在第二时间段期间确定第一电阻图案、第二电阻图案或另外电阻图案中的任意电阻图案的电阻，以及
基于电阻确定来确定第一电阻图案、第二电阻图案或另外电阻图案中的任意电阻图案的温度。
提供了关于输注流体加温器的单独的第二发明，该输注流体加温器包括：
dc电源输入；
包括第一表面和相对的第二表面的第一载板，
其中，第二表面包括第一多个单独一体形成的电阻图案，
包括第一表面和相对的第二表面的第二载板，其中，第二表面包括第二多个单独一体形成的电阻图案；
热交换器，其包括由在热交换器的流体入口与流体出口之间延伸的流体通道或通路分隔开的上壁结构和相对的下壁结构；以及
用于将dc电源输入连接到第一多个一体形成的电阻图案和/或第二多个一体形成的电阻图案的控制器，其中，上壁结构的外表面热连接到第一多个电阻图案并且下壁结构的外表面热连接到第二多个电阻图案，并且控制器被配置成：
在第一时间段期间随时间将dc电源输入选择性地连接到选自第一多个一体形成的电阻图案和/或第二多个一体形成的电阻图案中的电阻图案以在所选择的电阻图案中消耗电力，
确定所选择的电阻图案的电阻；以及
基于电阻确定来确定所选择的电阻图案的温度。
在输注流体加温器的另一实施方式中，第一多个一体形成的电阻图案沿第一印刷电路板的第二表面依次布置；并且其中第二多个一体形成的电阻图案沿第二印刷电路板的第二表面依次布置。
可以确定第一多个一体形成的电阻图案和第二多个一体形成的电阻图案中的每一个电阻图案的温度。基于这些测量，控制器可以根据相对于目标温度可能欠缺的电阻图案来将dc电源输入连接到选自第一多个一体形成的电阻图案和各第二多个一体形成的电阻图案中的电阻图案。
控制器可以优先将dc电源输入连接到靠近流体出口的电阻图案，原因是这样有利于确保输注流体在流体通路的出口处具有期望温度或目标温度。
本领域技术人员将理解的是，上面结合输注流体加温器包括的第一方面的描述所讨论的各种功能和特征可以以对应的方式并入根据第二发明的输注流体加温器。
应该强调的是，术语“包括/包含/由...组成”在本说明书中使用时被用于指定所述特征、整体、步骤或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、部件或其组合的存在。
附图说明
下面将参考附图更详细地说明本发明的各种实施方式，其中：
图1示出了输注流体加温器的图；
图2是图1的输注流体加温器的分解图，示出了主要部件；
图3示出了图1的输注流体加温器的加热单元的分解图；
图4示出了用于图1的输注流体加温器的电源单元的图；
图5示出了图4的电源的主要部件的分解图；
图6示出了加热单元的电路和热交换器的框图；
图7a示出了在加热模式下图6的加热单元的框图；
图7b示出了在加热模式下电路的图；
图8a示出了在温度测量模式下图6的加热单元的框图；
图8b示出了温度测量模式下的电路的图；以及
图9示出了加热单元中的开关的状态/时间图。
在下文中，将参照附图所示的实施方式更详细地描述本发明。应该强调的是，所示的实施方式仅用于示例目的，不应该用于限制本发明的范围。
具体实施方式
在附图的说明中，相同或相应的元件在不同的附图中以相同的附图标记提供。因此，将不会结合每个附图/实施方式给出所有细节的说明。
图1示出了根据本发明的输注流体加温器100的图；以及图2示出了图1的输注流体加温器的主要部件的分解图。
输注流体加温器100包括外壳200、加热单元300(参见图2)、入口管单元400、出口管单元500和附接单元600。
输注流体加温器100被配置成直接地放置或附接到患者臂或身体的其他部位。因此输注流体加温器100的尺寸和重量受到该要求的限制。
外壳200提供对输注流体加温器100的部件的支承和保护。此外，外壳200提供加热单元300的电绝缘和一定程度的热绝缘，使得保护患者免受电击并且使得保护电子部件免受由于例如静电放电(esd)造成的损坏。加热单元300优选在足够低的温度下操作，例如低于42℃，以避免灼伤。因此，外壳200的隔热能力可能是次要的。
外壳200包括上壳202和下壳204。在所示实施方式中，上壳202和下壳204分别形成有内部支承件，该内部支承件在安装在外壳200中时与加热单元300、入口管单元400和出口管单元500的形状互补，使得当上壳202和下壳204配合时所述单元以牢固形式的配合附接被保持到外壳200。
在所示的实施方式中，加热单元300通过两个螺钉206附接到下壳204，所述两个螺钉206穿过加热单元300插入到形成在下壳204中的具有孔的螺柱208中。
在一个实施方式中，孔被螺纹化以匹配机器螺钉。
在另一实施方式中，孔未被螺纹化以匹配自攻螺钉。
在所示的实施方式中，上壳202和下壳204是注塑成型的塑料部件。
可替代地，上壳202和下壳204可以以其他合适的方式形成，例如通过铣削、铸造或3d打印。
加热单元300被配置成用于将流过加热单元300的输注流体加热至所需温度以用于患者的静脉注射治疗。
输注流体通过与入口管单元400连通的流体入口端口302进入加热单元300，并通过与出口管单元500连通的流体出口端口304离开。
加热单元300通过与被配置成用于接收电源700的电源插头782的插座308连接的dc电源输入306而被供电，参见图4和图5。
加热单元300在图3中被进一步描述。
入口管单元400是在其第一端具有鲁尔型连接器404的塑料管402，该连接器404被配置成将入口管单元400连接到静脉流体供应源。塑料管402的第二端配置成安装到加热单元300的流体入口端口302上。流体入口端口302包括用于提供与管402的气密连接的倒钩接头(barbedfitting)。
出口管单元500是在其第一端504处连接到加热单元300的流体出口端口304的塑料管502。流体出口端口304包括用于提供与管502的气密连接的倒钩接头。塑料管502的第二端具有鲁尔型连接器506，该鲁尔型连接器506构造成用于将出口管单元500连接到静脉进入装置，例如导管。
塑料管402、502由柔性塑料材料制成。
附接单元600被配置成用于将输注流体加温器100直接附接到患者或患者附近的支承装置。
在所示的实施方式中，附接单元600包括将输注流体加温器100直接附接到患者皮肤上的粘合剂贴片602。
在附接单元600的第一实施方式中，粘合剂贴片602包括：粘附到输注流体加温器100的下壳204的上粘合剂层604；被配置成用于粘附到患者皮肤的下粘合剂层606；以及将上粘合剂层604和下粘合剂层606分隔开的载体层608。
上粘合剂层604可以由适合于将粘合剂贴片602附接到输注流体加温器100的任何粘合剂构成，例如丙烯酸。
下粘合层606应由医用级粘合剂组成，例如医用级有机硅粘合剂。载体层被配置成用于防止粘合剂层604、606的塌陷或起皱。在实施方式中，载体层608是泡沫层。载体层608也可以是织物或膜层。
在第二实施方式(未示出)中，附接单元600包括具有与外壳200的下壳204的轮廓对应的轮廓的粘合剂贴片。粘合剂贴片由用于将粘合剂贴片附接到输注流体加温器100的上粘合剂层和用于将粘合剂贴片附接到患者的下粘合剂层构成。
上粘合剂层可以由适于将粘合剂贴片附接到输注流体加温器100的任何粘合剂构成，例如丙烯酸。下层粘合剂层应由医用级粘合剂构成，例如医用级有机硅粘合剂、水凝胶或医用级丙烯酸粘合剂。
在该实施方式中，下壳204用于防止粘合剂层的塌陷和起皱。
图3示出了图1的输注流体加温器100的加热单元300的分解图。
加热单元300包括：具有连接器插销310的插座308；热交换器312；第一印刷电路板314，以下称为第一pcb；第二印刷电路板316，以下称为第一pcb；多个热交换器组装螺钉318和加热单元组装螺钉320。
上面描述了插座308。
连接器插销310与电源700的电源插头782中的对应插座对接，参见图4和图5。连接器插销310与第二pcb314上的dc电源输入306电接触。
热交换器312包括上壁结构322和相对的下壁结构324。外围衬垫326和中央衬垫328位于上壁结构322与下壁结构324之间以密封流体通道331并由此防止流过热交换器312的输注流体的泄漏。输注流体加温器可以包括包围并接触上壁结构322和下壁结构324的外围边缘的电绝缘框或环(未示出)。电绝缘框架或环可以包括弹性体剂或组合物，例如橡胶，并且可以布置在热交换器312与外壳200之间以避免这些部件之间的物理接触。围绕热交换器312的电绝缘框架或环的这种可选布置在输注流体加温器的输注流体与外壳200之间提供附加的电绝缘屏障以增强其主电源绝缘。两个单独的电绝缘屏障的这种布置可能是有利的，或者甚至是强制的，以符合医疗设备的各种官方安全标准。
热交换器312的上壁结构322是细长的板状构件，其一端具有流体入口端口302，另一端具有流体出口端口304。在上壁结构322中形成腔330。腔330在热交换器312的流体入口端口302与流体出口端口304之间延伸。腔330与外围衬垫326和中心衬垫328一起限定了沿用于输注流体的热交换器312的纵向方向的流体通道331或通路，参见图6至图8。
流动路径包括三个区域。第一区域是入口过渡区域332，其中腔330的在与热交换器312的纵向方向垂直的平面内的横截面从圆形横截面转变为多边形横截面。第二区域是中央区域334，其中腔330的横截面除了加热单元组装螺钉320和相关联的中心衬垫328的位置之外保持为多边形横截面不变，在所述位置中，腔330的横截面变成两个分离的多边形。在所示的实施方式中，多边形具有四个边并形成矩形。腔330形成为使得中央区域中的多边形具有：分别面向第一pcb314和第二pcb316的两个相对的长边；以及两个相对的短边，其中长边明显比短边长。第三区域是出口过渡区域，其中腔330的横截面从多边形横截面过渡到圆形横截面以与流体出口端口304对接。
在所示的实施方式中，流体通道的厚度是0.2mm。流体通道的宽度为约35mm，长度为约60mm。因此，中央区域334中流体通道331的宽厚比为约175:1。
上壁结构322具有用于外围衬垫326和中央衬垫328的平面承受表面。
下壁结构324是具有与上壁结构322的轮廓的对应的轮廓的平板状构件。
下壁结构324具有用于外围衬垫326和中央衬垫328的平面承受表面。
通过在所述壁结构一起移动之前将外围衬垫326和中央衬垫328插入上壁结构322与下壁结构324之间来组装热交换器312。
热交换器组装螺钉318通过下壁结构324中的孔插入上壁结构322中的螺纹孔中。热交换器组装螺钉318被紧固以确保热交换器312内的防漏流动路径。
上部壁结构322和下壁结构324由具有高热导率的铝制成。
上壁结构和下壁结构的铝优选通过阳极氧化被钝化。这在铝的表面增加了氧化铝(al2o3)层。该氧化铝层是生物相容的，因此输注流体在分配给病人之前可以直接与上壁结构322和下壁结构324的阳极氧化表面接触。
阳极氧化提供了铝的良好耐腐蚀性。此外，氧化铝层是不导电的。与铝相比，氧化铝层的热导率降低，但是因为该层可能非常薄，所以这对加热单元300的操作没有显著影响。
外围衬垫326和中央衬垫328由有机硅制成，例如医用级有机硅。
第一pcb314具有第一表面338和相对的第二表面340。当安装到加热单元300中时，第二表面340被设置成与热交换器312的上壁结构322的外表面342接触。第一pcb314的第二表面340是平面的以与上壁结构的外表面342的形状互补以确保良好地接触整个表面。另外，在第一pcb314与上壁结构322之间添加导热膏或膜层，以确保两个部件之间良好的热连接或耦接。
第二pcb316具有第一表面344和相对的第二表面346。当安装到加热单元300中时，第二表面346被设置成与热交换器312的下壁结构324的外表面348接触。第一pcb314的第二表面346是平面的以与下壁结构的外表面348的形状互补以确保良好地接触整个表面。另外，在第二pcb316与下壁结构324之间添加导热膏或膜层，以确保两个部件之间良好的热耦接或连接。
第一pcb314和第二pcb316均具有电阻图案350。在图3中，看不见第二pcb316上的电阻图案。然而，第二pcb316上的电阻图案类似于图3中可见的第一pcb314上的电阻图案350。
在所示出的第一pcb314和第二pcb316的实施方式中，电阻图案均包括形成在第一pcb314和第二pcb316各自的第二表面340，346上的五个单独且一体形成的电阻图案。
在所示的实施方式中，控制对电阻图案350施加电力的电部件位于第二pcb316的第一表面344上。这包括参考电阻器354和集成电路(ic)形式的控制器352。
控制器352被配置成用于控制对第一pcb314和第二pcb316上的电阻图案350施加电力，并且用于确定电阻图案350的电阻。
当电力施加到电阻图案350时，电力消耗在构成电阻图案350的材料中以产生热量。由于电阻图案350与热交换器312的上壁结构322和下壁结构324的外表面342，348热接触，所以在通电的电阻图案350附近上壁结构342和下壁结构348的温度会升高。因此，在流体入口端口302与流体出口端口304之间流过流体通道331的输注流体的温度会升高，参见图6至图8。
由于如前所述流体通道的宽高比为175:1，当施加电力时作为加热器或加热元件的电阻图案350的面积与流体通道的厚度相比较高。此外，由于流体通道的高度小，所以输注流体的加热快速。基于热力学定律，本领域技术人员将认识到，可以将相对高的量的电力消耗到输注流体，而热交换器表面温度增加相对较低。因此，热交换器结构的温度接近输注流体的温度。
图4示出了用于图1的输注流体加温器100的电源单元700的图，并且图5示出了图4的电源的主要部件的分解图。
电源单元700包括电源壳720、电池组740、电源控制器760和电力电缆组件780。
电源壳720提供对电源单元700内的部件的支承和保护。另外，电源壳720提供电绝缘，使得保护人员免受电击并且使得保护电部件免受由于例如静电放电(esd)而造成的损坏。
电源壳720包括前壳722和后壳724。当组装时，由前壳和后壳中的互补孔728形成孔眼726，分别用于例如利用贯穿孔眼726的钩或网将电源单元700悬挂于iv支架。
前壳722和后壳724形成有切口730，当前壳722和后壳724被组装时，每个切口形成开口的一半。
后壳724和可选的前壳722各自在其部分表面上形成有防滑材料(未示出)。防滑材料是热塑性弹性体(tpe)或橡胶材料。
前壳722形成有多个小开口732，为提供状态信息的led提供可见通路。设置薄片标签(foillable)734以覆盖开口732。在前壳722的外侧形成轮廓与标签734的轮廓对应且深度与标签的厚度对应的凹部738。薄片标签734具有与led对准的透明或半透明窗，使得进入电源壳720内部的开口732被关闭，同时led通过窗户可见并且能够向人员提供状态信息。
在未示出的实施方式中，输注流体加温器100包括用于在听觉上提供状态和警报的听觉警报装置。
在所示的实施方式中，前壳722和后壳724是在2k模制过程中模制的注塑成型的塑料部件，在上述2k模制过程中，在模制过程中引入两种材料。
首先将聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(pc-abs)的混合物引入模具中以形成壳。然后引入热塑性弹性体以在壳的一部分上形成防滑表面。
前壳722和后壳724通过超声波焊接连接。
电池组740包括多个电池单元742，例如锂聚合物(li-po)或锂离子(li-ion)。
电源控制器760包括具有控制器的印刷电路板(pcb)762，该控制器被配置成从电池组740向电力电缆组件780并最终向输注流体加温器100提供特定电压的电力；被配置成用于通过led提供通过前壳722可见的状态信息；并且被配置成用于控制电池组740的再充电。
电力电缆组件780包括电力插头782、电缆784和用于将电缆电连接到电源控制器760的连接装置786。
电力插头782被配置成插入到输注液体加温器100的插座308中。电力插头782的插口在插入到插座中时与连接器插销310配合并提供输注流体加温器100和电源单元700之间的电连接。
图6示出了加热单元300的电路356和热交换器312的简化示意性框图。
在框图中，为简单起见，仅示出了电路的正极侧。本领域技术人员将会理解，电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10中的每一个例如通过接地连接被连接到dc电源vdd的负电位。
热交换器312被示出为具有相关联的电部件。流体通道或通路331通过附接有第一pcb314的上壁结构322和附接有第二pcb316的下壁结构324限定。
在第一pcb314的第二表面340上形成第一一体形成的电阻图案r1以及四个另外且单独的一体形成的电阻图案r2、r3、r4、r5或者简单地形成多个一体形成的电阻图案。在第二pcb316的第二表面346上形成第二一体形成的电阻图案r6以及四个另外且单独的一体形成的电阻图案r7、r8、r9、r10或者简单地形成多个一体形成的电阻图案。
提供了一种电子开关电路，其包括多个可控半导体开关g1/sw1、g2/sw2、g3/sw3、g4/sw4、g5/sw5、g6/sw6、g7/sw7、g8/sw8、g9/sw9、g10/sw10，其各自与相应的电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10串联。开关g1/sw1、g2/sw2、g3/sw3、g4/sw4、g5/sw5、g6/sw6、g7/sw7、g8/sw8、g9/sw9、g10/sw10耦接到公共电路节点vmes。可控半导体开关g1/sw1、g2/sw2、g3/sw3、g4/sw4、g5/sw5、g6/sw6、g7/sw7、g8/sw8、g9/sw9、g10/sw10中的每一个可以包括例如nmos或pmos晶体管的mosfet。
参考可控半导体开关gref/swref耦接在dc电源输入vdd与公共电路节点vmes之间。参考可控半导体开关gref/swref可以包括诸如nmos或pmos晶体管的mosfet。第一参考电阻器rref耦接在参考开关gref/swref的输入端与输出端之间。第一参考电阻器rref可以包括具有小容差(例如，小于1％)的精密电阻器，并且优选地还具有小的温度系数。
在可替代实施方式中，连接到在第二pcb316的第二表面346上形成的第二一体形成的电阻图案r6和四个另外且单独的一体形成的电阻图案r7、r8、r9、r10的开关g6/sw6、g7/sw7、g8/sw8、g9/sw9、g10/sw10耦接到第二公共电路节点vmes2(未示出)。可替代电路包括耦接在dc电源输入vdd与第二公共结点vmes2(未示出)之间的第二可控半导体开关gref2/swref2(未示出)。第二参考电阻器rref2跨第二开关gref2/swref2的端子耦接。
在一个实施方式中，控制器包括比例-积分-微分控制器(pid控制器)，用于控制电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10中的每一个的电力消耗。
图7a示出了在加热模式下图6的加热单元的框图；以及图7b示出了在加热模式下电路356的等效图。
在图7a中，参考开关gref闭合，并且开关g1/sw1闭合。因此，第一电阻图案r1在第一操作时间段期间耦接到dc电源输入vdd。
在图7b中，示出了与电阻图案r1的加热模式对应的等效电路。
参考电阻rref与开关gref的电阻swref并联耦接。开关sw1和电阻图案r1的电阻与参考电阻rref和开关gref的电阻swref的电阻串联耦接。电阻图案r1连接到dc电源电压的负极侧。
参考电阻rref的电阻为75欧姆，并且开关gref、sw1中的每一个的电阻为约15欧姆。由dc电源vdd输送的大部分电力在电阻图案r1中消耗。在一个示例中，电阻图案r1的电阻是5欧姆。对于24vdc的dc电源vdd，在电阻图案r1中将消耗114w的电功率。
图8a示出了在第二时间段期间在温度测量模式下图6的加热单元的框图。图8b示出了在温度测量模式下电路356的等效图。
在图8a中，参考开关gref/swref断开或不导通，开关g1/sw1闭合或导通。参考电阻器rref与开关g1/sw1和电阻图案r1串联耦接。电阻图案r1连接到dc电源输入的负极侧。
dc电源的dc电压vdd预先已知或者在加热单元300的操作期间被测量，并且在vmes处测量电压
根据vmes处的测量的dc电压和参考电阻rref的已知电阻，能够计算电路中的电流。由于rsw1的电阻是已知的或者优选地与r1的电阻相比是可忽略，所以电阻图案r1的电阻是唯一未知的。因此能够根据已知的电路变量容易地确定或计算r1的电阻。
所确定的电阻图案r1的电阻使得能够基于电阻图案r1的已知温度系数来确定或计算电阻图案r1的瞬时温度。电阻图案r1的瞬时温度用于控制加热。
图9示出了示出在140ms的时间段内图6的加热单元中的开关swref、sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7、sw8、sw9、sw10的相应状态即导通/闭合或不导通/断开的示例的状态/时间图。
在该图中，值0表示开关断开，值1表示开关闭合。
在本示例性实施方式中，第一时间段被设置为持续100ms。第一时间段被细分为5ms的时间间隔或子间隔，限定了开关可以闭合的最短时间。可替代地，例如如果需要改进温度控制的精度，则可以根据特定应用的需要将第一时间段和细分的长度调整为其他长度。
第二个时间段被设置为持续20ms，并细分为1ms的时间间隔。控制器可以选择闭合或断开开关达1ms的最小持续时间。然而，对于所有电阻器，测量可以在非常小的持续时间内完成，即小至1.5ms。
该图示出了三个不同的时间段，从-20ms到0ms——延迟，其中所有开关均断开；从0ms到20ms——第二时间段，其中每个电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10的温度被确定；从20ms到100ms——第一时间段，其中dc电源选择性地连接到电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10。从100ms到120ms——第二延迟时间段，所有开关均断开。
在延迟期间，如前所述，所有开关都断开。因此，在电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10中的任何一个中都不消耗电力。因此所述电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10的温度由于经由铝热交换器在流体通道331或通路中的输注流体与保持电阻图案的pcb之间的良好热耦接将朝向热交换器312中的流体通道331或通路中的输注流体的温度靠拢。
在第二时间段期间，开关sw1、sw2、sw3、sw4、sw5、sw6、sw7、sw8、sw9、sw10中的每一个被逐个短暂地闭合以将电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10顺序地连接到直流电源插口，用于测量连接点vmes处的电压并由此确定每个电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10的温度。每个开关可以闭合短暂的时间段，以尽可能限制每个电阻图案的电力消耗。
控制器根据温度测量结果执行电力管理。控制器352计算要消耗的所需电力，以保持或增加流体通道331或通路中的输注流体的温度。电力消耗可以分布在电阻图案r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10之间，使得温度最低的电阻图案被优先考虑。此外，还可以考虑从dc电源输入可以汲取的最大电流。
在本示例中，假定第二时间段期间的温度确定已经发现输注流体的温度朝出口端减小。因此，在接下来的在20ms处开始的第一时间段期间优先考虑更靠近出口的电阻图案和对应的开关。开关swref从20ms到100ms即第一时间段的整个持续时间闭合，以在加热模式下连接dc电源输入。导致最靠近出口端的电阻图案的电力消耗的开关sw5和sw10作为第一开关每个被闭合多达15ms。然后开关sw4和sw9闭合多达10ms。其余开关sw3、sw8、sw2、sw7、sw1和sw6中的每个开关按照顺序闭合多达5ms。因此，更靠近出口的电阻图案r4、r5、r9、r10与其他电阻图案消耗的电力相比消耗较大的电力。因此，在第二延迟时段(100ms到120ms)之后的下一次温度测量期间，越靠近出口端可以看到输注流体的温度越高。
在随后的第一时间段中，开关断开和闭合的顺序和持续时间可以根据紧接在接下来的第一时间段之前的第二时间段中的温度确定而改变。
应该注意，附图和上面的描述已经以简单和示意性的方式示出了输注流体加温器的示例性实施方式。