Wärmetauscher

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für eine Vorrichtung zur Wärme- und Kältebehandlung eines tierischen oder menschlichen Körpers für medizinische und nichtmedizinische Zwecke. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Temperaturbehandlung mit einem solchen Wärmetauscher.

Es gibt kryokinetische Vorrichtungen, die verwendet werden, um bestimmte Körperbereiche des menschlichen Körpers zu kühlen und/oder zu erwärmen. Die Vorrichtungen können auch eine Kombination aus sowohl Kälte- als auch Wärmebehandlung während der Behandlung vorsehen (der Begriff Behandlung bezieht sich in diesem Zusammenhang sowohl auf eine

medizinische als auch nicht-medizinische Verwendung der Vorrichtung) .

Es sind sogenannte rezirkulierende "Kältemaschinen" oder umlaufende Kühler bekannt, die typischerweise ein

geschlossenes oder halb geschlossenes Fluidsystem haben. Ein bestimmter Tankraum ist erforderlich, um

sicherzustellen, dass das Pumpenzirkulationssystem

effizient laufen kann. Dies erfordert jedoch ein

Überlaufsystem. Diese sogenannten Kältemaschinen können einen aktiven elektronischen Kühl- und Heizmechanismus haben. Zusätzlich kann die "aktive Kühlung" durch einfaches Hinzufügen von Eis in die Vorrichtung erreicht werden, und dies mit Wasser vermischen, um "kaltes Fluid zu erzeugen". In Kombination mit einer elektronischen Heizwendel wird versucht, die gesamte Fluidtemperatur aufrechtzuerhalten oder aufzuwärmen, aber sobald die Flüssigkeit zu warm ist, müssen diese Systeme die Kühlung wieder aufladen, indem zusätzliches Eis in das Gerät zurückgebracht wird. Somit ist eine Bediener-Schnittstelle erforderlich, um die

Flüssigkeit weiter nach unten zu kühlen. Dies führt zu einer Nicht-Standardisierung der Temperaturen während der Kryotherapiebehandlung, ebenso ist eine Reproduzierbarkeit nicht möglich.

Es sind Vorrichtungen zur Temperaturbehandlung bekannt, bei denen die Wassertemperatur innerhalb kurzer Zeit in einem geschlossenen Kreislauf gesteuert wird, z.B. im

Temperaturbereich zwischen 8° und 42° Celsius. Dazu kann eine Kühl-Heizstufe basierend auf Peltier-Technologie verwendet werden. Um ein schnell ansprechendes System mit entsprechender Leistung realisieren zu können, kann ein Wärmetauscher vorgesehen sein. Bisherige Wärmetauscher haben jedoch ein zu grosses Ausmass, sind teuer und

aufwändig in der Herstellung und sind nicht ausreichend leistungsfähig .

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen

Wärmetauscher für eine Vorrichtung zur Temperaturbehandlung eines Körpers als auch eine solche Vorrichtung zur Temperaturbehandlung bereitzustellen, bei denen die

Nachteile aus dem Stand der Technik gelöst sind.

Diese Aufgabe wird durch einen Wärmetauscher gemäss

Anspruch 1 und eine hiermit ausgestattete Vorrichtung zur Temperaturbehandlung eines Körpers gemäss Anspruch 18 gelöst .

Erfindungsgemäss ist ein Wärmetauscher für eine Vorrichtung zur Temperaturbehandlung eines Körpers vorgesehen, wobei der Wärmetauscher im Inneren mit einem Fluid derart

durchströmbar ist, dass das Fluid wenigstens

abschnittsweise ein Thermoelement veränderbarer Temperatur eines Kühl- und Heizsystems beaufschlagt, wobei der

Wärmetauscher dazu ausgebildet ist, dem Fluid im

Wesentlichen über das Thermoelement Wärme zu entziehen oder Wärme an das Fluid zu übertragen. Es ist somit ein

effizienter Wärmetauscher geschaffen, welcher dem Fluid innerhalb von kurzer Zeit eine hohe Wärmeenergie entzieht bzw. Wärme ableitet und ebenso innerhalb von kurzer Zeit effektiv Wärme an das Fluid überträgt. Der Wechsel von Kalt zu Warm und umgekehrt ist innerhalb von kurzer Zeit

realisierbar .

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers ist der Wärmetauscher dazu ausgebildet, bei einem Übergang von einem Modulationsschema einer milden Erwärmung auf ein Modulationsschema einer milden Kühlung dem Fluid Wärme zu entziehen. In einer weiteren Ausführungsform des

vorgeschlagenen Wärmetauschers ist der Wärmetauscher dazu ausgebildet, bei einem Übergang von einem Modulationsschema einer milden Kühlung auf ein Modulationsschema einer milden Erwärmung an das Fluid Wärme zu übertragen.

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers beträgt die Temperatur der milden Kühlung zwischen 8°C und 17 °C und beträgt die Temperatur der milden Erwärmung zwischen 34°C und 42°C.

In einer Ausführungsform enthält der Wärmetauscher

wenigstens einen Öffnungsabschnitt, welcher durch das

Thermoelement fluiddicht gegen die Aussenseite abdichtbar ist. Somit kann gewährleistet werden, dass das Fluid sehr effizient entlang der Oberfläche des Thermoelements strömt und hierbei Wärmeenergie abgibt oder Wärmeenergie vom

Thermoelement aufnimmt.

In einer Ausführungsform gibt der Wärmetauscher dem Fluid einen im Wesentlichen mäanderförmigen Pfad zum Durchströmen vor. Das Fluid wird durch den Wärmetauscher auf einen mäanderförmigen Pfad geleitet, wodurch das Fluid zusätzlich verwirbelt wird. Hierdurch kann dem Fluid vorteilhaft innerhalb von kurzer Zeit eine hohe Wärmeenergie entzogen werden oder kann ebenso innerhalb von kurzer Zeit erwärmt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der

Wärmetauscher in Relation zu Wärmetauschern mit vergleichbarer Effizienz viel kleiner im Ausmass ist.

Ebenso sind Aufwand und Kosten zu seiner Herstellung reduziert .

In einer Ausführungsform enthält der Wärmetauscher ein Gehäuse, dessen Innenraum gegenüber der Aussenseite über einen Einlass und Auslass zugänglich ist, wobei der Einlass und Auslass miteinander über den mäanderförmigen Pfad im Inneren des Gehäuses in Fluidverbindung stehen. Somit gelangt das Fluid über den Einlass in das Gehäuse,

durchströmt das Gehäuse auf dem mäanderförmigen Pfad, wodurch Wärme abgeleitet oder Wärme aufgenommen wird, und tritt am Auslass wieder aus dem Gehäuse aus.

In einer Ausführungsform enthält der Wärmetauscher eine zentrale Umlenkeinrichtung, welche eingerichtet ist das im Inneren des Gehäuses durchströmende Fluid umzulenken. Durch die zentrale Umlenkeinrichtung kann das Fluid das Gehäuse im Inneren entlang seiner Innenumfangsfläche im

Wesentlichen einmal umrunden und gleichzeitig, bzw. hierzu überlagernd, mäanderförmig strömen. Hierbei strömt das Fluid effektiv am Thermoelement entlang. Ferner können Abschnitte des Gehäuses, die zentrale Umlenkeinrichtung oder weitere Bauteile des Wärmetauschers als zusätzliches Element bzw. Bauteil zum Abtragen von Wärmeenergie dienen. Die zentrale Umlenkeinrichtung ist mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verbunden und leitet die Wärmeenergie hieran zuverlässig ab. Es ist somit ein Wärmetauscher geschaffen, durch welchen insgesamt dem Fluid innerhalb von kurzer Zeit eine hohe Wärmeenergie entzogen oder zugeführt werden kann.

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers enthält die zentrale Umlenkeinrichtung eine Mehrzahl von ersten Vorsprüngen, welche von der zentralen

Umlenkeinrichtung ausgehend im Wesentlichen in Richtung zur Innenfläche des Gehäuses vorragen. Diese ersten Vorsprünge dienen dazu, um das Fluid mäanderförmig umzuleiten. Ebenso können hierdurch vorteilhaft Verwirbelungen erzeugt werden.

In einer weiteren Ausführungsform des vorgeschlagenen

Wärmetauschers enthält das Gehäuse eine Mehrzahl von zweiten Vorsprüngen, welche von der Innenfläche des

Gehäuses ausgehend im Wesentlichen in Richtung zum Inneren des Gehäuses vorragen. Auch diese zweiten Vorsprünge dienen dazu, um das Fluid mäanderförmig umzuleiten und können Verwirbelungen erzeugen.

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers sind die ersten und zweiten Vorsprünge derart in Relation zueinander angeordnet, dass das durchströmende Fluid im Inneren des Gehäuses mäanderförmig umlenkbar ist. Hierdurch kann der Pfad verlängert werden, entlang welchem das Fluid im Wärmetauscher strömt. Ebenso können Einstellungen hinsichtlich der Strömungsgeschwindigkeit realisiert werden . In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers sind die ersten Vorsprünge und zweiten Vorsprünge jeweils in Relation zueinander alternierend versetzt. In einer weiteren Ausführungsform sind die ersten und zweiten

Vorsprünge in Relation zueinander im Wesentlichen mittig verschachtelt angeordnet. Durch die vorgeschlagene

verschachtelte Anordnung der ersten und zweiten Vorsprünge in Relation zueinander wird das Fluid im Inneren des

Gehäuses mäanderförmig umgelenkt und kann hierdurch z.B. effizienter seine Wärmeenergie abführen.

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers ragen die ersten Vorsprünge und/oder zweiten Vorsprünge mit ihren distalen Enden wenigstens abschnittsweise in einen jeweiligen Zwischenraum hinein, der durch die anderen aus den zweiten Vorsprüngen und/oder ersten Vorsprüngen

gebildet wird. Mit anderen Worten, ragen distale Enden von jeweiligen Vorsprüngen (z.B. die ersten Vorsprünge) in den Raum zwischen den weiteren Vorsprüngen (z.B. der Raum zwischen den zweiten Vorsprüngen) hinein. Hierdurch kann das Fluid zuverlässig umgelenkt werden, z.B. jeweils um 180°. Somit kann insgesamt die Strecke verlängert werden, entlang welcher das Fluid mit dem Thermoelement, der

Innenfläche des Gehäuses und/oder der zentralen

Umlenkeinrichtung in Kontakt steht, wodurch die

Wärmeenergie des Fluides zuverlässig abgeleitet werden kann oder das Fluid zuverlässig Wärme aufnehmen kann. In einer Ausführungsform enthält der vorgeschlagene

Wärmetauscher ferner eine Trennwand im Inneren des Gehäuses zum Abtrennen einer direkten Verbindung zwischen Einlass und Auslass. Die Trennwand vermeidet eine Strömung des Fluides vom Einlass direkt zum Auslass und forciert

hierdurch die Strömung entlang des mäanderförmigen Pfades.

In einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Wärmetauschers ist die Trennwand einstückig mit der zentralen

Umlenkeinrichtung ausgebildet. Ebenso kann die

Umlenkeinrichtung wenigstens abschnittsweise einstückig mit dem Gehäuse verbunden sein. Hierdurch können

Herstellungskosten reduziert werden.

In einer Ausführungsform ist der Wärmetauscher dazu

eingerichtet, ein im Thermoelement umfasstes

plattenförmiges Element derart aufzunehmen, dass das plattenförmige Element mit einer Fläche hiervon im Inneren des Gehäuses gegen Stege von zumindest den ersten

Vorsprüngen, zweiten Vorsprüngen und/oder der zentralen Umlenkeinrichtung im Wesentlichen bündig abschliesst. Beim Einrichten des Thermoelements am Wärmetauscher dient die Fläche des plattenförmigen Elements gleichzeitig dazu, den mäanderförmigen Pfad abzuschliessen . Mit anderen Worten, kann das Fluid zwischen Einlass und Auslass nur über den mäanderförmigen Pfad und nicht über andere Wege strömen. Die Erfindung ist ebenfalls auf eine Vorrichtung zur

Temperaturbehandlung gerichtet, umfassend einen

Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum

Entziehen von Wärme aus dem Fluid oder zum Übertragen von Wärme an das Fluid. Beispielsweise wird dem Fluid im

Verlaufe der Abkühlphase bei einem Übergang von einem

Modulationsschema einer milden Erwärmung auf ein

Modulationsschema einer milden Kühlung sehr effizient Wärme entzogen. Umgekehrt kann das Fluid rasch erwärmt werden. Somit ist insgesamt eine Vorrichtung zur

Temperaturbehandlung geschaffen, die einfach zu bedienen ist und mehr Flexibilität, Sicherheit und Effizienz bei der Temperaturbehandlung bzw. Kälte- und Wärme-Therapie bietet.

In einer Ausführungsform umfasst die vorgeschlagene

Vorrichtung zur Temperaturbehandlung ferner: ein

geschlossenes Fluidsystem, durch welches ein Fluid strömt, ein Kühl- und Heizsystem mit einem Thermoelement, welches dazu eingerichtet ist, im Wärmetauscher auf die Temperatur des Fluids einzuwirken, eine Steuerung zum Steuern des Kühl- und Heizsystems, und mindestens ein Polster, welches mit dem Fluidsystem wirkverbunden ist, sodass das Fluid durch das Polster hindurchfHessen kann. Die Steuerung ist dazu implementiert, um ein vordefiniertes Modulationsschema einer milden Kühlung und/oder ein vordefiniertes

Modulationsschema einer milden Erwärmung auszuführen, wobei das Modulationsschema eine Abkühlphase, innerhalb welcher das Kühlsystem betrieben wird, um die Temperatur des Fluids zu reduzieren, und eine Heizphase enthält, innerhalb welcher das Heizsystem betrieben wird, um die Temperatur des Fluids zu erhöhen. Die vorgeschlagene Vorrichtung wird über eine Steuerung betrieben, welche so implementiert sein kann, dass sie die Vorrichtung durch kalt- und

warmzeitspezifische Steigungen steuert.

In einer Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Temperaturbehandlung hat die milde Kühlung eine

Temperatur zwischen 8°C und 17 °C und hat die milde

Erwärmung eine Temperatur zwischen 34 °C und 42 °C, wobei die Steuerung den Temperaturbereich des Polsters zwischen 8°C und 17°C und/oder zwischen 34°C und 42°C beibehält.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die

vorstehenden Ausführungsvarianten beliebig kombinierbar sind. Lediglich diejenigen Kombinationen von

Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu Widersprüchen führen würden.

Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei zeigen:

Figs. la-c mehrere Schnittansichten von einem

erfindungsgemässen Wärmetauscher; und Fig. 2 ein schematisches Blockschaltbild von einer Anordnung aus einer Vorrichtung zur Temperaturbehandlung und einem Polster.

Die Figuren la-c zeigen einen erfindungsgemässen

Wärmetauscher 10 in mehreren Schnittansichten. Der

Wärmetauscher 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches den

Wärmetauscher 10 fluiddicht gegen die Aussenumgebung abschliesst. Es kann ein Fluid F über einen Einlass 14 am Gehäuse 12 in das Innere des Wärmetauschers 10 eintreten. Das im Wärmetauscher 10 zirkulierende Fluid F (in der in Fig. la gezeigten Ansicht zirkuliert das Fluid z.B. im Wesentlichen entgegen dem Uhrzeigersinn) kann wiederum über einen Auslass 16 am Gehäuse 12 austreten, wie schematisch durch Pfeile angezeigt. Der Begriff Fluid bezieht sich auf ein Prozessfluid, das durch Fluidleitungen bzw. ein

Fluidsystem der Vorrichtung zur Temperaturbehandlung zirkuliert werden kann. Sehr gut geeignet ist Wasser

(vorzugsweise destilliertes Wasser oder deionisiertes

Wasser) mit oder ohne Beimischungen (z.B. mit

Ethylenglykol ) .

Erfindungsgemäss ist der Wärmetauscher 10 im Inneren derart ausgebildet, dass dem Fluid F ein mäanderförmiger Pfad zum Durchströmen des Wärmetauschers 10 vorgegeben wird. Mit dem Begriff "mäanderförmiger Pfad" ist in diesem Zusammenhang ein Pfad gemeint, auf welchem das Fluid F mehrfach im

Wesentlichen um 180° umgelenkt werden kann, wie in der Fig. la schematisch und als Beispiel zu verstehen durch einen umgelenkten Pfeil angezeigt ist. Hierzu ist eine zentrale Umlenkeinrichtung 18 vorgesehen, welche über eine Trennwand 20 mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Durch die Trennwand 20 wird eine direkte Verbindung zwischen Einlass 14 und

Auslass 16 getrennt, sodass das Fluid F nur über den mäanderförmigen Pfad strömen kann. Somit strömt das Fluid F innerhalb des Gehäuses 12 im Kreis (hier entgegen dem

Uhrzeigersinn) mit einem hierbei "überlagerten"

mäanderförmigen Verlauf. Hierdurch kann das Fluid F entlang einer plattenförmigen Fläche eines Thermoelements von einem Kühl- und Heizsystem (nicht gezeigt) strömen, welche plattenförmige Fläche an der gezeigten offenen Seite des Wärmetauschers 10 eingerichtet werden kann, z.B. mittels einer Schraubverbindung. Somit kann dem Fluid F über das Thermoelement sehr effizient und rasch die Wärme entzogen werden oder ebenso effizient und rasch Wärme zugeführt werden. Die Trennwand 20 und die Umlenkeinrichtung 18 können an einer Seite über ihre Stirnflächen mit dem

Gehäuse 12 verbunden sein und an der anderen Seite (die dem Betrachter in Fig. la zugewandte Seite) mit ihren

Stirnflächen an die aufgesetzte plattenförmige Fläche des Thermoelements im Wesentlichen bündig anschlagen bzw.

hiermit abschliessen .

Die Umlenkeinrichtung 18 ist mit ersten Vorsprüngen 22 versehen, welche zusammen mit zweiten Vorsprüngen 24, welche am Gehäuse 12 angebracht sind, den mäanderförmigen Pfad vorgeben. Hierbei ragen die ersten Vorsprünge 22 von der zentralen Umlenkeinrichtung 18 ausgehend in Richtung zur Innenfläche des Gehäuses 12 vor. Die zweiten Vorsprünge 24 ragen hingegen von der Innenfläche des Gehäuses 12 ausgehend in Richtung zum Inneren des Gehäuses 12 vor. Die ersten Vorsprünge 22 und zweiten Vorsprünge 24 sind derart in Relation zueinander versetzt bzw. verschachtelt

angeordnet, dass das durchströmende Fluid F im Inneren des Gehäuses 12 mäanderförmig umgelenkt wird. Dem

einströmenden, erwärmten Fluid kann somit über das

Thermoelement besonders effizient Wärme entzogen werden und tritt abgekühlt wieder am Auslass 16 aus. Umgekehrt kann das Fluid F über das Thermoelement sehr effizient erwärmt werden .

Die ersten Vorsprünge 22 ragen mit ihren distalen Enden ei Stück weit in einen Zwischenraum hinein, der durch die zweiten Vorsprünge 24 gebildet wird. Umgekehrt ragen die zweiten Vorsprünge 24 mit ihren distalen Enden ein Stück weit in einen Zwischenraum hinein, der durch die ersten Vorsprünge 22 gebildet wird. Mit anderen Worten,

durchbrechen die ersten Vorsprünge 22 mit ihren distalen Enden eine Ebene, welche durch die Spitzen der zweiten Vorsprünge 24 gebildet wird, und durchbrechen die zweiten Vorsprünge 24 mit ihren distalen Enden eine Ebene, welche durch die Spitzen der ersten Vorsprünge 22 gebildet wird. Durch diese Ausgestaltung wird das strömende Fluid F zuverlässig umgelenkt und durchläuft insgesamt einen verlängerten Pfad, wodurch sich ein verbesserter

Wärmeabtrag oder eine verbesserte Wärmeübertragung einstellt. Das Thermoelement kann z.B. ein Peltier-Element enthalten.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild von einer Anordnung aus einer Vorrichtung zur Temperaturbehandlung 100 und einem Polster 400. Das Polster 400 kann

beispielsweise um den Unterschenkel eines menschlichen Körpers gewickelt werden. Hierzu weist das Polster 400 einen isolierenden Träger 402 (z.B. einen PU-Träger) mit einem Fixiersystem 410 auf. Das Fixiersystem 410 kann wenigstens ein Klettband 411 aufweisen. Es kann am

isolierenden Träger 402 zusätzlich eine Öse 412 zum

Umlenken des Klettbandes 411 vorgesehen sein.

In dem gezeigten Beispiel werden Fluidleitungen eines Fluidsystems 111 verwendet, um das Fluid F über den

Wärmetauscher 10 in eine Blase 401 des Polsters 400 zu leiten und von der Blase 401 wieder zurück an den

Wärmetauscher 10 zu leiten. Das Fluid F kann z.B. in einem Tank 101 bevorratet sein, welcher mit dem Fluidsystem 111 verbunden sein kann. Eine erste AUS-Leitung verbindet den Wärmetauscher 100 mit dem Eingang 112 der Blase 401. Die Blase 401 weist vorzugsweise eine innere Kanalstruktur (nicht gezeigt) auf, um das Fluid F gleichmässig zu verteilen. Das Fluid F wird über einen Ausgang 113 der Blase 401, der mit einer EIN-Leitung verbunden ist, an den Wärmetauscher 10 zurückgeführt. Ein kombiniertes Kühl- und Heizsystem 200/500 steht z.B. über ein hierin umfasstes Thermoelement (nicht gezeigt) mit dem im Inneren des Wärmetauschers 10 strömenden Fluid F in Verbindung und kann die Temperatur des Fluids F

beeinflussen bzw. hierauf einwirken. Das Fluid F zirkuliert durch den Wärmetauscher 10 (siehe auch Figuren la-c) , und es wird dem Fluid F hierbei im Verlaufe einer Abkühlphase der Temperaturbehandlung, beim Übergang von einem

Modulationsschema einer milden Erwärmung auf ein

Modulationsschema einer milden Kühlung, effektiv Wärme entzogen. Umgekehrt wird das Fluid F im Verlaufe einer Heizphase der Temperaturbehandlung effektiv erwärmt. Das kombinierte Kühl- und Heizsystem 200/500 kann z.B. ein Peltier-Element enthalten.

Die Vorrichtung 100 kann ferner eine externe Steuerung 300 zum Steuern des Kühl- und Heizsystems 200/500 umfassen. Die externe Steuerung 300 kann zum Zugreifen auf Daten mit einem Speicher 301 verbunden sein. Über einen optionalen Treiber 350 kann eine nicht gezeigte Pumpe zum Zirkulieren des Fluids F im Fluidsystem 111 angetrieben werden.