热交换模块，系统和方法技术方案

单独的或系统一部分的热交换模块，其包括控制台。HEM可以包括通道外壳组件，热电冷却器(TEC)组件和热传递(盖)组件。外壳组件包括用于热传递液体的通道。该模块可以构造成提供柔性以更好地顺应和适合圆形的和/成角度的身体部分，并且经由TEC组件中的TEC有效地在相邻身体部分和热传递液体之间传递热量。

Heat exchange module, system and method

A separate heat exchange module or part of the system, including a console. HEM can include channel housing components, thermoelectric cooler (TEC) components and heat transfer (cover) components. The housing assembly includes a passage for heat transfer liquid. The module can be constructed to provide flexibility to better accommodate and adapt to circular and/or angular body parts, and effectively transfer heat between adjacent body parts and heat transfer fluids via TEC in TEC components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换模块，系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求2016年3月28日提交的共同审理中的PCT国际申请PCT/US16/24592(PCT'592)和2016年9月28日提交的临时申请62/400,836的申请日权益，两个申请的全部内容均通过引用合并于此。有关受版权保护的材料的通知本专利文件中的部分材料受美国和其它国家的版权法保护。版权所有者不反对由任何人对该专利文件或专利公开进行传真复制，因为它出现在美国专利商标局公开可获得的文件或记录中，但在其它方面保留所有任何版权。版权所有者在此不放弃任何使本专利文件保密的权利，包括但不限于其根据37C.F.R.§1.14的权利。
本公开的技术的一个方面一般涉及包含热电冷却器(TEC)并且可以用于加热或冷却的柔性热交换模块(HEM)。
技术介绍
患者的低体温治疗用于多种应用，包括但不限于治疗脑损伤，脊髓损伤，肌肉损伤，关节损伤，以及用于心脏骤停和新生儿缺氧缺血性脑病的神经保护剂。这种治疗典型地是通过使用提供不完全且短暂冷却的冰袋和/或化学冷却包，或通过其中由循环冷冻水提供冷却的垫或盖而提供的。
技术实现思路
本文公开了一种热交换模块(HEM)，其具有通道外壳组件、热电冷却器(TEC)组件和热传递(或盖)组件。外壳组件包括液体通道，并且可以由射频(RF)或超声波焊接的塑料薄膜形成。TEC组件中的每个TEC都直接或通过通道壁中的密封的窗口间接地将热量传递给液体。例如，TEC的参考侧可以安装在窗口中，从而关闭窗口并形成通道壁的部分，或者导热(通常是铜或铝)板件可以安装在窗口中，而TEC的参考侧与板件的背面热接触。热传递(盖)组件可以包括开槽的热传递板(典型地为铜、铝或其它非常高导热率的材料)，或多个互连的瓦片(由铜、铝或其它导热材料制成的小板)用于抵靠身体部位进行定位。取决于实施例，TEC的用户侧与开槽的板或瓦片中的一个瓦片成热传递关系。热敏电阻(或热电偶)被定位在开槽的板或瓦片的向表面上。因此，TEC组件可控制地使用来自热敏电阻或热电偶或多个热敏电阻或热电偶的输入，通过将热量排出到热传递液体中或从传热液体中抽出热量来调节身体部分的温度。通道外壳组件可由三个柔性片材构成。第一和第二片材具有对准的孔，并且上述板件可以嵌入片材中和片材之间，覆盖孔。将第一和第二片材被固定到第三(顶部)片材(诸如加强的TPU片材)上，该第三(顶部)片材被热压缩或RF焊接或超声波焊接到第二片材，以在其间与第二片材形成蛇形通道。板件的顶表面位于第二片材的通道部分中的孔处，从而形成通道壁的部分并与在通道中流动的液体直接接触，用于在其间进行热传递。多个板件典型地嵌入第一与第二片材之中和之间，与前面提到的板件间隔开并且还形成通道壁的部分。TEC组件中的各个TEC的参考侧通过第一片材中的相应的孔附接到每个片材的后侧。对于瓦片实施例，盖(热传递)组件可包括具有开窗的柔性(塑料)框架。排列成阵列的托盘各自通过柔性桥连接到相邻的托盘。每个托盘具有用于接收和保持相应TEC的孔，并且TEC的用户面通过该孔被固定到瓦片中的相应的瓦片。互连的托盘的阵列和多个瓦片通过在窗口中的相应的窗口处卡扣或钩住框架而保持在一起。框架保持瓦片间隔开，使得瓦片层沿着瓦片之间的一个或多个X轴以及一个或多个Y轴是柔性的。因此，通过在瓦片之间的轴上以及板件之间的轴上弯曲，HEM是柔性的并且与圆形和/或角形的身体部分同形。单独的热敏电阻(或热电偶)可以安装在每个瓦片的向内表面上，但不能干扰TEC附件。通过外壳组件中的通道的液体充当HEM内包含的TEC的散热器。通过控制器向TEC供电以引起冷却或加热。控制器可以位于本公开的系统的控制台中，该控制台还包括HEM和在HEM和控制台之间提供电、信号和水(流体)连接的脐带。控制台包含散热器和风扇的组合，通过使用脐带作为导管，有效地消散传递到或传递自在HEM处循环的流体的热量。针对各种医疗用途，HEM可用于加热和冷却之间的加热、冷却或循环。一个或多个温度传感器(例如，热敏电阻或热电偶)检测冷却或加热表面的温度，并且可以用作对控制单元的反馈。这里的HEM可以使用一对柔性基板来使用射频(RF)焊接或类似方法形成开放通道。所得到的通道可用于使液体通过以将热量散发出HEM。通过封闭通道的液体充当装置内包含的TEC的散热器。通过控制器向TEC供电以引起冷却或加热。一个或多个温度传感器检测冷却或加热表面的温度，并且可以用作对控制单元的反馈。针对各种医疗用途，HEM可用于加热和冷却之间的加热、冷却或循环。HEM可包括附接到水通道组件的热交换堆，下面根据本公开的实施例讨论这两者。本文的热交换堆可以是允许直接冷却和/或加热组织或皮肤的组件。它们可以包括所有热交换模块的部件，除了水通道组件和与患者组织或皮肤交界的生物相容层。在该组件中存在盖子，其分配与生物相容层对接的热电冷却器的冷却或加热，用于间隙绝缘和结构稳定性的核心复合材料，多达两个的反射材料片材以防止辐射，用于温度反馈的至少一个热敏电阻，用于冷却和加热的热电冷却器阵列，以及用于散热的附加盖或板，其将与水通道对接。最后的板或盖的阵列可以制成使得热交换堆中的柔性增加。除了为设计指定的生物相容层之外，该部件的组件然后可以通过包括缝合或铆接的方法机械地固定以形成热交换堆。再次取决于设计，水通道可以或可以不已经附接用于紧固过程。这里的水通道可以是如下的组件，其产生用于流体通过热交换堆附近或抵靠热交换堆通过的路径，以便消散由热交换堆产生的热量。它们可以根据各种方法构造，包括射频焊接塑料膜。本申请包括公开的许多不同定义，包括模块或装置，方法或装置的子组件(诸如热交换堆和水通道)，制作模块或装置的方法，制作子组件的方法，控制台、脐带，整个系统，制作装置和子组件的方法，以及使用其装置、系统和子组件的方法。也就是说，本公开包括公开的许多不同定义，包括模块或装置、方法或装置的子组件(例如水通道外壳组件，热传递(或盖)组件，制作模块或装置的方法、制作子组件的方法、控制台、脐带、整个系统，制作装置和子组件的方法、以及使用其装置、系统和子组件的方法。本文中技术的进一步的方面将在说明书的以下部分中提出，其中详细描述公开了本技术的优选实施例，而不对其进行限制。【附图说明】图1A是本公开的系统的透视图，示出了在患者身上操作以冷却和/或加热肌肉、关节和/或组织以用于多种用途，包括但不限于运动损伤和疼痛管理的治疗。图1B是本公开的系统的透视图，示出了对患者进行操作以冷却和/或加热头皮以用于多种用途，包括但不限于化疗预防脱发的治疗。图1C是本公开的系统的透视图，示出了在患者头皮和/或大脑上进行多种用途的操作，包括但不限于治疗创伤性脑损伤或中风应用。图1D是本公开的系统的透视图，示出了操作以调节患者的冷却和/或加热核心温度以用于多种用途，包括但不限于心脏骤停的治疗。图2是单独示出的本公开的热交换模块的透视图，并且例如可以用在图1A-图1D的系统中。图3是图2的模块的分解透视图。图4是图2的模块的程式化横截面视图。图5是本公开的模块的通道组件的通道设计的平面图。图6是类似于替代通道设计的图5的视图。图7是通道组件的底部平面图，诸如本公开的模块的图5的通道组件。图8是图7的通道组件的透视图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外壳组件，包括：柔性第一片材，其具有第一孔；柔性第二片材，其具有与第一孔对准的第二孔；导热板件，其在第一孔和第二孔处嵌入在第一片材与第二片材之间，并且至少覆盖第二孔；柔性的第三片材，其附接到第二片材，以便形成用于在第二片材与第三片材之间的热传递液体的通道，其中板件的面被定位以便当液体存在并流动通过通道时与液体直接接触，用于板件与流动的液体之间的热传递；以及板件的所述面形成通道的壁的部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.28 US PCT/US2016/024592;2016.09.28 US 62/41.一种外壳组件，包括：柔性第一片材，其具有第一孔；柔性第二片材，其具有与第一孔对准的第二孔；导热板件，其在第一孔和第二孔处嵌入在第一片材与第二片材之间，并且至少覆盖第二孔；柔性的第三片材，其附接到第二片材，以便形成用于在第二片材与第三片材之间的热传递液体的通道，其中板件的面被定位以便当液体存在并流动通过通道时与液体直接接触，用于板件与流动的液体之间的热传递；以及板件的所述面形成通道的壁的部分。2.根据权利要求1所述的组件，其中板件具有邻接该件的周边的嵌入凹口或嵌入孔。3.根据权利要求1所述的组件，其中第一孔限定第一片材中的多个孔中的一个孔，并且第二孔限定第二片材中的多个孔中的一个孔，第二片材中的每个孔与第一片材中的各孔中的相应的一个孔对准，以限定多个对准的孔对，并且板件限定多个导热板件中的第一个，每个导热板件在各孔对的相应的一个孔对处嵌入在第一片材与第二片材之中和之间，并且当液体存在并且流动通过通道时具有与液体直接热交换接触的面。4.根据权利要求1所述的组件，其中第三片材被RF或超声波焊接到第二片材以形成通道。5.根据权利要求1所述的组件，其中第三片材被热/加热压到第二片材以形成通道。6.根据权利要求1所述的组件，其中板件是铜板件、铝板件或碳纤维板件。7.根据权利要求1所述的组件，其中第三片材在通道的第一端处具有用于第一出口/入口构件的开口，并且在通道的第二相对端处具有用于第二出口/入口构件的开口。8.根据权利要求1所述的组件，其中第一片材和第二片材被热压、超声波焊接或RF焊接在一起。9.根据权利要求1所述的组件，其中第三片材是加强的热塑性片材，该热塑性片材被加强以在液体存在并且在通道中流动时抵抗来自液体的压力。10.一种外壳组件，包括：柔性内片材，其具有孔；导热板件，其周边被固定到内片材并且被定位在孔处并覆盖孔；以及柔性外片材，其通过RF或超声波焊接或热压缩而附接到内片材，以在其间形成通道，用于内片材和外片材之间的液体流动，其中板件的暴露的表面形成通道的壁的部分，以便当液体存在并流动通过通道时暴露的表面与液体直接接触，用于在板件与流动的液体之间的热传递。11.根据权利要求10所述的组件，其中所述周边被嵌入内片材中或粘合到内片材。12.根据权利要求10所述的组件，其中板件具有邻接板件的周边的嵌入凹口或嵌入孔。13.根据权利要求10所述的组件，其中所述孔限定内片材中的多个孔中的一个孔，并且所述板件限定多个导热板件中的一个板件，每个导热板件在所述多个孔中的相应的一个孔处被嵌入内片材中并覆盖所述多个孔中的相应的一个孔，并且当液体存在并且流动通过通道时每个导热板件与液体直接接触。14.根据权利要求10所述的组件，其中板件是铜板件，铝板件或碳纤维板件。15.根据权利要求10所述的组件，其中外片材在通道的第一端处具有用于第一连接器的开口，并且在通道的第二相对端处具有用于第二连接器的开口。16.一种外壳组件，包括：具有孔的柔性内片材；热电冷却器(TEC)组件，其包括TEC，该TEC的参考侧位于孔处并覆盖该孔；以及柔性外片材，其通过RF或超声波焊接或热压缩附接到内片材，以在其间形成通道，用于在内片材与外片材之间的液体流动，其中参考侧形成通道的壁的部分，以便在液体存在并流动通过通道时直接与液体接触，用于在TEC与流动的液体之间的直接的热传递。17.一种热交换模块，包括：外壳组件，其包括：柔性第一片材，其具有第一孔；柔性第二片材，其具有与第一孔对准的第二孔；导热板件，在第一孔和第二孔处嵌入在第一片材与第二片材之中和之间，并且至少覆盖第二孔；以及柔性第三片材，其附接到第二片材，以便在第二片材与第三片材之间形成用于液体的通道，其中板件的暴露面形成通道的壁的部分，以便在液体存在并且流动通过通道时与液体直接接触，用于在板件与液体之间的热传递；板组件，其包括所述板件；热电冷却器(TEC)组件，其包括TEC，该TEC的参考侧与所述板件成热传递关系；以及热分配盖组件，其与TEC的用户侧成热传递关系。18.根据权利要求17所述的模块，进一步包括在盖组件的外表面上的生物相容层。19.根据权利要求18所述的模块，其中生物相容层是可移除的膜。20.根据权利要求17所述的模块，其中：板组件包括多个导热板件，所述板件为所述多个板件中的一个板件；第一孔限定第一片材中的多个孔中的一个孔；第二孔限定第二片材中的多个孔中的一个孔，第二片材中的每个孔与第一片材中的相应的一个孔对准，以限定多个对准的孔对；以及每个板件在各孔对中的相应的一个孔对处嵌入在第一片材与第二片材之中和之间，覆盖第二片材中的相应孔并且当液体存在并在通道中流动时与液体直接接触。21.根据权利要求17所述的模块，其中第三片材被RF焊接到第二片材，以形成通道。22.根据权利要求17所述的模块，其中第三片材被热压到第二片材，以形成通道。23.根据权利要求17所述的模块，其中第一片材和第二片材被热压在一起。24.根据权利要求17所述的模块，其中盖组件包括具有多个模块柔性弱化区域的板，以及在所述板的内表面上的内表面塑料层。25.根据权利要求24所述的模块，其中弱化区域是所述板中的间隔的槽。26.根据权利要求17所述的模块，其中盖组件包括板和在所述板的内表面上的内表面塑料层，并且热敏电阻(或热电偶)被定位在盖与塑料层之间。27.根据权利要求17所述的模块，其中板组件包括网或筛。28.根据权利要求17所述的模块，其中板件覆盖第二孔。29.根据权利要求17所述的模块，其中第三柔性片材是加强的，以便承受通道中至少为15psi的液体压力。30.根据权利要求29所述的模块，其中第三柔性片材是加强的TPU片材，其被加强以在通道中承受15psi至25psi的压力。31.根据权利要求17所述的模块，其中第三柔性片材是具有中间布层的多层片材。32.根据权利要求17所述的模块，其中TEC组件包括串联连接的单组TEC。33.根据权利要求17所述的模块，其中TEC组件包括多个TEC组，其中每个组中的TEC分别串联连接。34.根据权利要求17所述的模块，其中盖组件包括开槽的导热板和粘附到所述板的内表面的塑料片材。35.根据权利要求17所述的模块，其中所述模块具有自然平直的配置，但是柔性的，因此可以与圆形的和/或成角度的身体部分同形。36.根据权利要求17所述的模块，其中所述模块具有天然杯状配置。37.一种热交换模块，包括：通道外壳，其包括用于热传递液体的通道和导热板组件，该导热板组件包括导热的第一板件和第二板件，用于当液体存在并在通道中流动时与液体的热传递；热电冷却器(TEC)组件，其包括：第一TEC，该第一TEC的参考侧与第一板件成热传递关系，以及第二TEC，该第二TEC的参考侧与第二板件成热传递关系；热分配盖组件，其与第一TEC和第二TEC的用户侧成热传递关系；盖组件包括具有多个模块柔性弱化区域的板；盖组件在所述板上具有内表面塑料层。38.根据权利要求37所述的模块，其中弱化区域包括铰接的线或桥的阵列。39.根据权利要求37所述的模块，进一步包括在塑料层与通道外壳之间的填充层，并且第一TEC和第二TEC通过该填充层。40.根据权利要求39所述的模块，其中所述填充层包括核心复合层，所述核心复合层具有用于所述第一TEC的第一预成形孔和用于所述第二TEC的第二预成形孔。41.根据权利要求39所述的模块，其中所述填充层包括泡沫。42.根据权利要求37所述的模块，其中所述模块柔性弱化区域包括所述板中的槽。43.根据权利要求37所述的模块，其中所述板是铝、铜或碳纤维板。44.根据权利要求37所述的模块，进一步包括被定位在塑料层与所述板之间的热敏电阻或热电偶。45.一种热交换模块，包括：通道外壳，其包括用于热传递液体的通道和导热板组件，该导热板组件包括导热的第一板件和第二板件，第一板件和第二板件被配置为当液体存在并在通道中流动时与液体进行热传递；热电冷却器(TEC)组件，其包括：第一TEC，该第一TEC的参考侧与第一板件成热传递关系；以及第二TEC，该第二TEC的参考侧与第二板件成热传递关系；热传递组件，其具有与第一TEC和第二TEC的用户侧成热传递关系的板组件；在(a)第一TEC和第二TEC的参考侧与第一板件和第二板件之间，分别地和/或(b)第一TEC和第二TEC的用户侧与板组件之间的热传递物质；所述热传递物质非刚性地固定TEC并允许相对横向的运动；并且所述盖组件和通道外壳采用不阻挡所有的相对运动的方式而连接在一起。46.根据权利要求45所述的模块，其中机械固定将盖组件和通道外壳连接在一起。47.根据权利要求46所述的模块，其中所述机械固定包括缝纫线，平头钉或按扣。48.根据权利要求45所述的模块，其中所述热传递物质位于所述(a)之间或所述(b)之间，但是不同时在二者之间，并且粘贴粘合剂位于(a)或(b)中的另一个之间。49.根据权利要求45所述的模块，其中所述传热物质是油灰。50.根据权利要求45所述的模块，其中所述热传递物质是导热粘合剂、或导热膏、或薄导热垫的薄层。51.根据权利要求45所述的模块，进一步包括在所述盖的外表面上的生物相容层。52.根据权利要求51所述的模块，其中所述生物相容层是可移除的膜。53.根据权利要求45所述的模块，其中所述板具有铰接柔性线的阵列。54.根据权利要求45所述的模块，其中所述热传递组件包括在所述板组件的内表面上的塑料层。55.一种组装热交换模块的方法，包括：形成外壳组件，该外壳组件包括用于热传递液体的通道和板组件；所述板组件包括板件，所述板件具有第一面和相反的暴露的第二面，所述第一面形成通道的壁的部分并且当液体存在并在通道中流动时与液体直接接触；在所述第二面与TEC组件的热电冷却器(TEC)的参考面之间施加导热的第一物质；在TEC的相对用户面与传热组件之间施加导热的第二物质；以及将所述热传递组件与外壳组件附接在一起。56.根据权利要求55所述的方法，其中所述第一物质和第二物质中的至少一种物质允许在TEC与所述板件和所述热传递组件中的至少一个之间的相对的横向运动。57.根据权利要求55所述的方法，其中所述附接包括将所述外壳组件与热传递组件机械地固定在一起。58.根据权利要求55所述的方法，其中所述附接包括：核心复合层，其具有预形成的孔并被定位在所述传热组件与外壳组件之间，其中TEC位于所述孔中。59.根据权利要求55所述的方法，进一步包括将生物相容层施加到所述热传递组件。60.根据权利要求55所述的方法，其中第一物质和/或第二物质包括导热粘合剂、或导热膏、或薄导热垫的薄层。61.根据权利要求60所述的方法，其中导热率大于3Watts/m。62.一种组装热交换模块的方法，包括：形成外壳组件，包括用于传热液体的通道和板组件；所述板组件包括板件，所述板件具有第一面和相反的暴露的第二面，所述第一面形成通道的壁的部分并且当液体存在并在通道中流动时与液体直接接触；将第二面与TEC组件的热电冷却器(TEC)的参考侧以导热关系连接在一起；将TEC的相对用户面与热分配盖组件以导热关系连接在一起；所述盖组件包括柔性热分配板和在板的内面上的塑料层，其中热敏电阻或热电偶被布置在所述板和所述层之间；以及将所述盖组件与所述外壳组件附接在一起。63.根据权利要求62所述的方法，其中所述附接包括将所述盖和所述外壳组件热密封在一起。64.根据权利要求62所述的方法，其中所述附接包括将所述盖与所述外壳组件机械地固定在一起。65.根据权利要求62所述的方法，其中所述附接包括围绕TEC的填充材料。66.根据权利要求65所...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡里奥·L·维加拉，丹尼尔·埃斯特拉达，马扬克·卡尔拉，安德鲁·帕杜拉，瑞恩·科恩，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，低温设备公司，
类型：发明
国别省市：美国,US