本公開涉及一種熱交換器。

具體地，本公開涉及一種熱交換器，該熱交換器配置為被放置為與物體接觸，以調(diào)節(jié)物體的溫度。

背景技術(shù)：

各種醫(yī)學(xué)治療涉及身體部分的冷卻。在癌癥的治療中，為了減少脫發(fā)的范圍和/或可能性，已知有在化療期間冷卻患者的頭部。

圖1展示了已知的冷卻帽10的樣例。該冷卻帽10包括同軸環(huán)設(shè)置的單一管12，該單一管12堆疊在冷卻帽10的頂部，形成部分球形的服裝以穿戴在患者的頭部。所述管12具有流體入口14和流體出口16。在使用中，將冷卻劑從入口14泵至出口16，由此移除與患者接觸的區(qū)域的熱量。

通過繞圓頂模型的外部纏繞所述管12，并且將所述管12的側(cè)面彼此粘接，形成所述帽10，這是耗時的。此外，由于所述帽10用于與人的身體部分接觸，包括粘合劑的帽的材料必須符合醫(yī)學(xué)調(diào)節(jié)標準，這限制了可用的粘合劑的范圍，還增加了制造成本。

圖2展示了帽10的橫截面，其中，管12與患者的頭部20接觸。如圖2所示，在管12的外表面上，可能提供上包裹層18作為帽10的部分。在圖2的設(shè)置中，可以看出，當(dāng)管12與頭部20接觸時，在接觸區(qū)域之間、管12不接觸頭部20的地方，存在大縫隙22。即使牽引上層18使得管12輕微地倚靠主體的頭部20，如圖3所示，在管20不接觸主體的頭部的地方依然保持有縫隙22。

因此，帽10的構(gòu)造及操作的原理充分，則導(dǎo)致有問題且制造耗時的帽以及在管12之間留有顯著的縫隙22的設(shè)備，由此當(dāng)戴上所述帽時，管在縫隙處不與所述頭接觸。因此，并非所述頭的所有區(qū)域都以相同程度冷卻。這可能限制如此的帽10提供的治療的效果。

因此，高度合意的是一種熱交換器，該熱交換器更簡單、制造更快速，并且由此向其所應(yīng)用的物體提供更均勻的冷卻效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，提供了如前面附加的權(quán)利要求中所述的裝置、系統(tǒng)及方法。本發(fā)明的其它特征從從屬權(quán)利要求及以下描述顯而易見。

因此，可能提供了一種熱交換器，該熱交換器配置為被放置成與一個物體接觸，以調(diào)節(jié)該物體的溫度，所述熱交換器包括材料層，該材料層界定一通道，傳熱流體可流經(jīng)該通道；所述材料層具有：第一側(cè)，其用于與所述物體接觸；以及第二側(cè)，其在使用中背離所述物體；其中，所述第一側(cè)具有相對高的熱傳導(dǎo)系數(shù)；以及相較于所述第一側(cè)，所述第二側(cè)具有相對低的熱傳導(dǎo)系數(shù)。

所述第一側(cè)可能是相對彈性的，并且配置為順從及適應(yīng)所述物體的表面的形狀；并且相較于所述第一側(cè)，所述第二側(cè)是相對剛性的。

所述第一側(cè)可能包括相對薄的基于硅膠的壁；并且相較于所述第一側(cè)，所述第二側(cè)包括相對厚的基于硅膠的壁。

所述第一側(cè)的壁可能包括鋁微粒。

所述第二側(cè)可能包括絕熱層，該絕熱層位于所述硅膠壁的外面。

至少第一側(cè)的部分可能在非變形狀態(tài)具有雙弧度外表面，雙弧配置為均與所述物體接觸。

至少第二側(cè)的部分可能在非變形狀態(tài)具有單一的弓形外表面。

所述通道可能具有貫穿所述層的大部分的交互路線，所述通道從單一入口延伸至單一出口。

在每個元件中，所述通道的交互路線從所述熱交換器的公稱前部至所述熱交換器的公稱后部。

所述層可能分成區(qū)域，通道在至少一個區(qū)域中具有交互路線。

所述物體可能為人或動物的身體部分。

可能提供一種服裝，該服裝包括根據(jù)本公開的熱交換器。

可能提供一種穿戴在人或動物的頭部的帽子以根據(jù)本公開的熱交換器。

可能還提供了一種制造根據(jù)本公開的熱交換器的方法，該方法包括：提供第一模型，該第一模型具有表面圖案，該表面圖案界定所述層的一側(cè)的外部形狀；提供第二模型，該第二模型具有表面圖案，該表面圖案界定所述層的另一側(cè)的外部形狀，兩個模型的圖案在形狀上互補，由此在所述層中界定通道的路線；在第二材料的薄片的旁邊夾入第一材料的薄片，以便第一薄片將第一模型與第二薄片分開，并且第二薄片將第二模型與第一薄片分開；以及執(zhí)行連接過程，該連接過程包括將所述兩個模型帶至一起，以便所述第一材料薄片與第二材料薄片進行接觸以經(jīng)受連接過程。

所述連接過程可能包括在外界溫度條件下將所述層帶至一起。

所述第一薄片材料和第二薄片材料可能包括硅橡膠。

所述方法可能進一步包括以下步驟：當(dāng)所述模型在一起時，至少部分地撤出模型的內(nèi)部通道，以將所述第一及第二薄片材料推向模型的壁，使薄片材料變形至模型的形狀，由此為薄片提供以期望的外部橫截面形狀。

所述模型可能界定帽子的至少一部分的形狀，以符合人或動物的頭部，或者界定帽子的截面的形狀，以連接至其它截面從而構(gòu)成帽子。

因此，提供了一種帶有改進的熱交換性能的熱交換器。所述熱交換器可能采用服裝或帽的形式。還提供了一種制造熱交換器的方法，相較于現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法，本方法提供了更加可重復(fù)、一致且快速的制造方法。

附圖說明

參照附圖，描述本公開的樣例，其中：

圖1至3展示了相關(guān)技術(shù)的冷卻帽的樣例；

圖4展示了根據(jù)本公開的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括根據(jù)本公開的熱交換器；

圖5展示了根據(jù)本公開的熱交換器的局部透視圖；

圖6展示了圖5所示的熱交換器的一個區(qū)域的底部放大圖；

圖7展示了圖5和6所示的熱交換器的一個區(qū)域的截面圖；

圖8展示了根據(jù)本公開的熱交換器的進一步的截面圖；

圖9展示了圖8中的與彎曲主體接觸的截面區(qū)域；

圖10展示了根據(jù)本公開的熱交換器的一種選擇性的構(gòu)造；

圖11展示了根據(jù)本公開的熱交換器的進一步的選擇性的樣例；

圖12展示了本公開的熱交換器的側(cè)截面的模型的視圖；

圖13展示了用于本公開的熱交換器的一個元件的制造的模型的兩半部；

圖14展示了與圖13相同且外加模型中提供的熱交換器材料的前體層的視圖；以及

圖15展示了一起形成熱交換器的一個區(qū)域的圖14所示的模型的兩半部。

具體實施方式

圖4展示了熱交換器30的一個樣例，該熱交換器30結(jié)合有流體流動及溫度控制單元32(或系統(tǒng))，以形成用于調(diào)節(jié)物體的溫度的流體溫度控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)34。所述物體可能是人或動物的身體部分。所述熱交換器可能形成服裝的部分。例如，所述熱交換器可能形成穿戴在人或動物的頭部的帽子的部分。

在所示樣例中，所述熱交換器提供為用于戴在人的頭部的帽子的形式。用于流體供應(yīng)管38和流體返回管40的支撐的站立框架36從所述控制單元32延伸。所述管38將溫度調(diào)節(jié)流體(即，傳熱流體)輸送至所述帽子30。所述管40從所述帽子30接收相同的溫度調(diào)節(jié)流體。所述控制單元32可由使用者通過接口面板42控制，該接口面板42還可能呈現(xiàn)與系統(tǒng)34的操作有關(guān)的信息。所述控制單元32配置有滾子44，以便輕易運輸。

在操作中，使用者操作所述系統(tǒng)34以調(diào)節(jié)患者的頭部溫度至理想值。具體地，所述系統(tǒng)配置用于冷卻患者，在此樣例中，所述溫度調(diào)節(jié)流體為冷卻劑。在其它樣例中，所述系統(tǒng)34可能配置為加熱或保持患者的身體溫度。調(diào)節(jié)流體的流動速率以及溫度調(diào)節(jié)流體的溫度，以實現(xiàn)理想的傳熱速率，由此將患者的溫度帶入理想的水平，這些個努努使用者的輸入要求來控制。流體通過輸送管38泵入入口50，以至帽子30。然后，流體經(jīng)過帽子30中提供的單一通道52，在出口54(在圖4的視圖中隱藏)處流出帽子30，以進入返回管40，由此重新進入系統(tǒng)34，以恢復(fù)所需溫度。

參照圖5至15，描述所述帽子的形狀、形式及組成元件以及帽子的制造方法。

圖5展示了本公開的熱交換器30的外側(cè)透視圖，熱交換器30適配至人的頭部。應(yīng)該領(lǐng)會的是，所示視圖為帽子的一個特征，不一定代表帽子在實際中看起來的樣子。圖6展示了熱交換器60的內(nèi)側(cè)放大圖，即接觸待冷卻的物體的側(cè)面。

所述帽子30包括用于覆蓋頭部的一側(cè)的第一元件55，用于覆蓋頭部的另一側(cè)的第二元件56，以及覆蓋頭部的頂部的中間連接元件57。每個元件55,56,57界定穿過帽子30的單一通道52的一個截面，該單一通道52用于溫度調(diào)節(jié)流體的通過。

每個元件可能設(shè)置成連接層材料、間隔成界定通道52的區(qū)域以及在通道52的相鄰截面之間連接成其它區(qū)域的結(jié)合。然而，所述元件可能通過任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ瞥?，以任何?shù)量的部分制成或者整體形成為一單體，以形成傳熱層60。在其它樣例中，所述熱交換器30可能設(shè)置成具有統(tǒng)一構(gòu)造的一個層60。

然而，傳熱層60包括單一通道52，這是所有樣例共有的。所述層60包括材料薄片，該材料薄片界定通道52，該通道52中可能流動有傳熱流體(即，冷卻劑)。

所述層60具有單一入口50及單一出口54，如圖4所示。所述入口和出口可能包括若干孔及子結(jié)構(gòu)。然而，帽子的通道僅提供一個入口區(qū)域，不管該入口如何或在何處設(shè)置和/或配置。同樣地，所述帽子僅提供一個出口區(qū)域，不管該出口如何或在何處設(shè)置和/或配置。

在圖4至6所示的樣例中，所述通道52的路線通過材料層60的壁來界定，以便通道52具有貫穿層60的大部分的交互或迂回的路線。所述通道52從單一入口延伸進入熱交換器，從熱交換器到達單一出口。

所述層60可能分成區(qū)域，通道在至少一個區(qū)域中具有交互路線。

在帽子的至少一個區(qū)域中，所述通道52在帽子入口50和帽子出口54之間具有交互路線。

所述通道52的交互路線與帽子30的公稱前部至帽子30的公稱后部的方向來回地對準。換言之，如圖5,6所示，所述通道具有迂回路線，該迂回路線具有位于帽子的公稱前部的轉(zhuǎn)折點，該前部對應(yīng)于其坐落的頭部的前部；以及沿一條線的轉(zhuǎn)折點，該線與頭部的前部及后部之間的方向?qū)?，該轉(zhuǎn)折點位于頭部的前部和后部之間的一點處。

因此，如圖所示，所述通道52在每個元件55,56,57中具有交互或迂回的路線，所述交互路線設(shè)置為從帽子的公稱前部至帽子的公稱后部，帶有位于帽子的前部和后部之間的近似中途處的轉(zhuǎn)折點，該轉(zhuǎn)折點緊靠另一轉(zhuǎn)折點，該另一轉(zhuǎn)折點是通道的另一來回流道的前端。所述元件55,56,57中的一個或多個可能分為流動區(qū)域。例如，根據(jù)圖5和6所示的第一直接元件或第二元件55,56,57，可能提供有第一流動區(qū)域92和第二流動區(qū)域94，通道52在兩個流動區(qū)域設(shè)置成具有局部圖案，以對應(yīng)頭部的預(yù)設(shè)部分。在圖5,6所示的樣例中，通過帽子的側(cè)面的實質(zhì)公稱前半部部之上的通道52的前后路線，界定所述局部圖案，帽子的側(cè)面的實質(zhì)公稱前半部部對應(yīng)于穿戴帽子的頭部的側(cè)面的公稱前半部部。所述第二區(qū)域94界定來回的迂回通道路線，該來回的迂回通道路線覆蓋帽子30的側(cè)面的公稱后半部部，由此覆蓋穿戴帽子30的頭部的公稱后半部部。換言之，所述流動區(qū)域92,94可能界定帽子30的體積，通道52在該體積中僅以部分的方式，而不是以整體的方式，從帽子30的前部向后部延伸。同樣地，中間元件55可能包括通道在該元件的后部至前部的路線被截斷的區(qū)域。

通道52(比如，區(qū)域92,94)的圖案中可能設(shè)置有區(qū)域差異，以在人的頭部的特別位置處集中溫度調(diào)節(jié)(例如，冷卻)，人的頭部通常具有特別的溫度特征。例如，已知人的頭部的區(qū)域通常比其它區(qū)域更熱，在那些區(qū)域中可能設(shè)置有通道52，以在帽子和頭部之間提供不同的傳熱速率。例如，如圖5所示，沿區(qū)域92,94之間的連接線存在不同的傳熱速率的區(qū)域(相較于通道52的其它區(qū)域)。

在所示樣例中，通道52沿其長度從入口50至出口54具有大體上的恒定的橫截面積。此外，通道52沿其長度從入口50至出口54具有大體上的恒定的橫截面形狀。

在其它樣例中，通道52的橫截面積可能沿其長度在尺寸及形狀中變化。

圖7展示了描述界定通道62的材料層60的壁的層60的橫截面。所述材料層60具有用于接觸物體的第一側(cè)64，以及用于在使用中背離物體的第二側(cè)66。相較于第二側(cè)66，所述第一側(cè)64配置為具有相對高的導(dǎo)熱系數(shù)，所述第二側(cè)66配置為具有相對低的導(dǎo)熱系數(shù)。此外，所述第一側(cè)64配置為相對彈性的，并且配置為順從及適應(yīng)其在使用中將接觸的物體的表面的形狀。相較于第一側(cè)64，所述第二側(cè)64是相對剛性且堅硬的。所述第一側(cè)64的壁包括相對薄的基于硅膠的材料。所述第一側(cè)64的壁可能包括約束在所述壁中的鋁微粒，硅膠用作基底。鋁微粒增加其所在的硅膠基底的導(dǎo)熱性。

相較于第一側(cè)64的壁，所述第二側(cè)66的壁是相對薄的。所述第二側(cè)64的壁還可能包括硅膠。所述第二側(cè)66的材料的組成可能不同于第一側(cè)64的材料的組成。所述第二側(cè)66還可能包括附加的絕熱層68，該絕熱層68可能位于界定所述第二側(cè)66的硅膠壁的外部。選擇性地，所述絕熱層可能位于硅膠壁的內(nèi)部，或者部分或完全地嵌入第二側(cè)66的壁。

所述第一側(cè)64處于非變形狀態(tài)，包括波狀的外表面。例如，在使用中接觸待調(diào)節(jié)溫度的物體的第一側(cè)64具有雙弧度外表面，雙弧度配置用于接觸所述物體。換言之，所述第一側(cè)64的表面具有三個拐點，使其為全面的“w”形或“ω”形。所述第一側(cè)的一些區(qū)域還可能包括不同的輪廓，例如，扁平輪廓。

所述第二側(cè)66在非變形狀態(tài)具有單一弧度外表面。換言之，處于非變形狀態(tài)的所述第二側(cè)66的橫截面為大體半部圓形。所述第一側(cè)的一些區(qū)域可能額外或選擇性地包括不同輪廓，例如，扁平輪廓。

圖8展示了帽子30的一個區(qū)域的橫截面，展示了通道52的彼此相鄰的三個流道。圖8描述了界定通道52的材料層60的壁的第一側(cè)64的輪廓，以及當(dāng)層60不與物體接觸或稍稍接觸時材料層60的第二側(cè)66。因此，在圖8中，所述層展示為非變形狀態(tài)，第一側(cè)呈現(xiàn)了明顯的波狀特征。

圖9展示了運行狀態(tài)下與物體70接觸的層60，流體在通道52中流動。所述物體70可能是需要溫度調(diào)節(jié)的任何物體，例如，人的身體部分，可能是頭部，或者可能是某些其它物體。所述物體70具有不平坦且弓形的輪廓，但由于包括第一側(cè)64的材料的性質(zhì)，第一側(cè)可變形以大體形成物體70的外表面的形狀。變形的發(fā)生部分是因為當(dāng)在物體70上施壓時第一側(cè)64的彈性材料將變形。變形的發(fā)生還因為貫穿通道52的流體處于壓力下，由此第一側(cè)64膨脹以擠壓物體70的表面。所述層60的第二側(cè)66是較小彈性的，由此將保持其成形的形狀。雖然在相鄰的通道流道52的第一側(cè)64的壁之間存在較小的縫隙，相較于圖2,3所示的相關(guān)技術(shù)的構(gòu)造，這些縫隙是次要的。因此，在操作中，本公開的熱交換器適應(yīng)物體70的大百分比的外表面，并且由此提供大的或者大體上“非中斷”的接口表面，熱量通過該接口表面在流經(jīng)通道52的流體和物體70的表面之間交換。由于第一側(cè)64的壁還特別配置為具有高的導(dǎo)熱性，熱交換器被進一步加強。

在流經(jīng)通道62的流體為冷卻劑的樣例中，本公開的設(shè)備優(yōu)于相關(guān)技術(shù)，因為所述層60的第二側(cè)66具有絕熱層68。因此，流經(jīng)通道52的流體與環(huán)境熱量絕熱，以便可接近通道52中的流體的僅有熱源是物體70本身。因此，改進了冷卻劑的每體積單元流動的冷卻效率。

雖然圖4,5,6，中展示了熱交換器配置為放置與人的頭部接觸的樣例，本公開的熱交換器的其它樣例可能配置為放置與身體的其它部分或另一物體接觸，以調(diào)節(jié)物體的溫度控制。

如圖10所示，熱交換器還可能以管或套筒90的形式提供，通道52具有從套筒的一端至另一端的類似的迂回/交互路線。因此，在使用中，待冷卻的物體設(shè)置在管90的中空通道內(nèi)。如此的應(yīng)用可能是在流管或者人或動物身體部分中冷卻或保持溫度。

選擇性地，如圖11所示，本公開的熱交換器還可能設(shè)置為薄片92，該薄片92用于支撐或覆蓋物體94，如圖11所示。類似于前述范例，通道52可能設(shè)置為沿薄片92的長度的交互路線。在所示樣例中，所述物體94可能是正在經(jīng)受醫(yī)療程序的人的身體，身體需要保持在規(guī)定的恒定的升高或降低的溫度。因此，所述物體94可能放置在包裹或覆蓋在熱交換器92中的桌面96上。

在圖10和11的樣例中，熱交換器連接至如圖4所示的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)34。因此，圖10和11的每個熱交換器具有入口和出口管，該出口管供應(yīng)至所述溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)34。

參照圖12至15，描述制造熱交換器30的方法。

圖12展示了模型的側(cè)視圖，該模型用于塑造熱交換器30的側(cè)面元件，熱交換器30用于圖4,5,6所示的人的頭部。在這個樣例中，可以看出，所述模型包括迂回構(gòu)造的單一通道，以提供關(guān)于熱交換器層60的所述的路線。圖13展示了模型組件150的兩半部，或者至少模型組件150的至少一個區(qū)域，包括第一半部152和第二半部154，該第一半部152成形用于界定熱交換器的材料層60的第一側(cè)64，該第二半部154成形用于界定材料層60的第二側(cè)66。從圖13的橫截面可以看出，所述模型的形狀與界定通道52的壁的形狀大體相同。

換言之，制造熱交換器30的方法包括提供第一模型元件152和提供第二模型154，該第一模型元件152界定層60的一側(cè)的外部形狀，該第二模型154具有一表面，該表面界定層60的另一側(cè)的外部形狀。兩個模型的圖案在形狀上互補，由此界定通道52的路線以及層60。

如圖14所示，所述方法進一步包括在第二材料66的薄片之后夾入第一材料64的薄片的步驟，以便第一薄片64將第一模型152與第二薄片66分離，并且第二薄片66將第二模型154與第一薄片64分離。

如圖15所示，所述方法進一步包括執(zhí)行連接過程的步驟，包括兩兩個模型152,154連接在一起，以便第一材料薄片64和第二材料薄片66開始經(jīng)歷連接過程。

所述連接過程包括在環(huán)境條件下將材料層64,66集合在一起，即不存在升高溫度。這可以實現(xiàn)是因為第一薄片材料64和第二薄片材料66包括硅橡膠，硅橡膠具有在壓力的影響下使其粘合的材料屬性。因此，僅在模型的接觸區(qū)域粘合(即圖13所示的肩部156)，在界定通道52的“開放”區(qū)域不粘合。

當(dāng)模型152,154在一起時，薄片64,66的區(qū)域在肩部區(qū)域156粘合，由模型152,154界定的內(nèi)部通道至少部分地抽空，將第一薄片材料64和第二薄片材料66推向模型152,154的壁，由此是薄片材料變形至模型的形狀，并且提供薄片以理想的外部橫截面形狀，以生成具有通道52的層60。

如前所述，所述模型可能界定帽子的至少一部分的形狀以符合人或動物的頭部，或者界定帽子的截面的形狀以連接至其它截面構(gòu)成帽子。

所述絕熱層68可能連同薄片材料層66納入成形過程，或者隨后增加以作為單獨的制造步驟。

其它層可能添加至所述層60的外表面。所述層的第一側(cè)上還可能設(shè)置有襯墊，在使用中，該襯墊設(shè)置于物體與材料層60之間。

雖然在以上樣例中，所述層60描述為基于硅橡膠，可能使用其它材料，附加至硅橡膠或作為備選。同樣地，可能使用不同于以上描述的將層64,66粘合在一起的方法，例如，熱粘合和/或利用粘合劑。

因此，提供了一種熱交換器及一種制造熱交換器的方法，該熱交換器提供了較相關(guān)技術(shù)的顯著的優(yōu)點。借助于所述層60的幾何結(jié)構(gòu)及材料選擇，不僅熱交換器本身改進與物體的接觸為溫度控制，熱交換器的制造方法是對等同的已知熱交換器的制造的改進，更加可重復(fù)且易于創(chuàng)建每個設(shè)備。

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本說明書公開的所有特征(包括任何伴隨的權(quán)利要求、摘要及附圖)和/或公開的任何方法或過程的所有步驟可能以任何組合結(jié)合，除非組合中至少一些的如此的特征和/或步驟互相排斥。

本說明書公開的每個特征可能由服務(wù)于相同、等同或相似目的的備選特征來替代，特別記載除外。因此，除非特別記載，公開的每個特征僅為通常的系列的等同或相似特征的一個樣例。

本發(fā)明不限制于前述實施例的細節(jié)。本發(fā)明延伸至本說明書公開的特征的任何一項創(chuàng)新或任何創(chuàng)新組合(包括任何伴隨的權(quán)利要求、摘要及附圖)，或者延伸至公開的任何方法或過程的步驟的任何一項創(chuàng)新或任何創(chuàng)新組合。