(57)【要約】【課題】２つの加熱デバイスおよび加熱方法を提供すること。【解決手段】２チャネル流体温度制御装置が、電力制限を有する簡便な電気アウトレットからの電力を使用して手術中に心臓流体の温度を制御する。第１のポンプが第１の熱交換流体を受け、第１の熱交換流体を第１の循環チャネル内に選択的に送り込む。第２のポンプが第２の熱交換流体を受け、第２の熱交換流体を第２の循環チャネル内に選択的に送り込む。第１の加熱器ユニットが、各電力消費量をそれぞれ有する第１の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む。第２の加熱器ユニットが、各電力消費量をそれぞれ有する第２の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む。制御装置が、第１および第２の熱交換流体を選択的に加熱かつ冷却するように第１および第２のポンプならびに第１および第２の複数の加熱要素を選択的に作動させ、すべての作動ポンプおよび加熱要素の消費電力が制限電力以下に維持されるようにする。【選択図】図１
2006043466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力制限を有する簡便な電気アウトレットからの電力を使用して手術中に心臓流体の温度を制御する２チャネル流体温度制御装置であって、
第１の熱交換流体を運搬する第１の循環チャネルと、
第２の熱交換流体を運搬する第２の循環チャネルと、
前記第１の熱交換流体を受け、前記第１の熱交換流体を前記第１の循環チャネル内に選択的に送り込む第１のポンプと、
前記第２の熱交換流体を受け、前記第２の熱交換流体を前記第２の循環チャネル内に選択的に送り込む第２のポンプと、
前記第１の熱交換流体に熱結合し、各電力消費量をそれぞれ有する第１の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む第１の加熱器ユニットと、
前記第２の熱交換流体に熱結合し、各電力消費量をそれぞれ有する第２の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む第２の加熱器ユニットと、
前記第１および第２の熱交換流体に選択的に熱結合する冷却槽と、
前記第１および第２の熱交換流体を選択的に加熱かつ冷却するように前記第１および第２のポンプならびに前記第１および第２の複数の加熱要素を選択的に作動させ、すべての作動ポンプおよび加熱要素の消費電力が前記制限電力以下に維持されるようにする制御装置とを含む装置。
【請求項２】
前記制御装置が、連結最大電力消費量が前記制限電力以下になるように前記加熱要素のうち選択したものを作動させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御装置が、前記複数の加熱要素のうち１つだけ、前記加熱要素のうち選択したものを変調し、前記消費電力を前記制限電力以下に維持する連結最大電力消費量を生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
第１および第２の温度測定値を生成するためにそれぞれ第１および第２の熱交換流体に熱結合する前記第１および第２の温度センサをさらに含み、
前記制御装置が、前記選択的に作動される加熱要素を前記第１および第２の温度測定値に応じて変調させ、所定の第１および第２の温度に従ってそれぞれの前記第１および第２の熱交換流体の温度をそれぞれ維持する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記制御装置が、前記ポンプの作動状態および前記第１および第２の循環チャネルの加熱または冷却モードに応答して前記加熱要素の作動を決定する、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１および第２チャネルを備え、前記装置が所定の電力制限を有する簡便な電気アウトレットからの電力を使用して手術中に心臓流体の温度を温める、２チャネル流体温度制御装置であって、
別々に作動可能な第１および第２の電気加熱要素を有する第１チャネルの第１加熱器ユニットと、
別々に作動可能な第３および第４の電気加熱要素を有する第２チャネルの第２加熱器ユニットと、
熱交換流体を前記第１および第２チャネル内でそれぞれ循環させ、各ポンプがそれぞれのチャネルが作動しているときに所定の消費電力を消費する、第１および第２の流体ポンプとを含み、
前記第１および第３加熱要素を、前記流体ポンプの両方と合わせた前記制限電力とほぼ等しい連結電力消費量をもたらすように、同時に継続的に作動させることが選択的に可能であり、
前記第２の加熱要素を、前記第１の加熱要素および第１の流体ポンプと合わせた前記制限電力とほぼ等しい連結電力消費量をもたらすように、第１の加熱要素と同時に継続的に作動させることが選択的に可能であり、
前記第４の加熱要素を、前記第３の加熱要素および第２の流体ポンプと合わせた前記制限電力とほぼ等しい連結電力消費量をもたらすように、第３の加熱要素と同時に継続的に作動させることが選択的に可能である装置。
【請求項７】
前記第２の加熱要素が、前記第３および第４の加熱要素ならびに前記第２の流体ポンプが継続的に停止されるときのみ作動され、前記第４の加熱要素が、前記第１および第２の加熱要素ならびに前記第１の流体ポンプが継続的に停止されるときのみ作動される、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１および第３の加熱要素がほぼ同量の個々の電力消費量を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第２および第３の加熱要素がほぼ同量の個々の電力消費量を有する、請求項６に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および第２のポンプが作動され、前記第１および第３の加熱要素が作動され、かつ前記第２および第４の加熱要素が継続的に停止される第１モードを含む複数の操作モードに応じて、前記加熱器および前記ポンプを作動させる制御装置をさらに含む、請求項６に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１および第３の加熱要素が最大加熱を得るために継続的に作動される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１のポンプが作動され、前記第２のポンプが停止され、前記第１および第２の加熱要素が作動され、かつ前記第３および第４の加熱要素が継続的に停止される第２モードをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２のポンプが作動され、前記第１および第２の加熱要素が作動され、かつ前記第３および第４の加熱要素が継続的に停止され、合計電力消費量を前記制限電力以下に維持するために前記第１および第２の加熱要素の少なくとも１つの作動が変調される第３モードをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
設定温度に従って前記熱交換流体への伝熱を制御するために、前記操作モードで作動される少なくとも１つの加熱要素が変調される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１５】
心臓血管加熱器／冷却器デバイスのための複数要素の加熱器デバイスであって、
ほぼ剛性の絶縁材料の細長い内部コアと、
前記コアに取り付けられた第１の加熱要素と、
前記コアに第１の加熱要素から間隔を置いて取り付けられた第２の加熱要素と、
前記加熱要素に接続された複数の電源ピンと、
前記コアおよび前記加熱要素を非接触関係で受ける内部絶縁管と、
前記コアと前記内部管の間にあり、熱伝導性である粒子状の絶縁充填材と、
前記内部絶縁管の端部を密封し、その中を通して前記電源ピンを受ける内部端部品と、
前記内部絶縁管を非接触関係で受ける外側絶縁管と、
前記内部絶縁管と前記外側絶縁管の間にあり、熱伝導性である粒子状の絶縁充填材と、
前記外部絶縁管の端部を密封し、その中を通して前記電源ピンを受ける外部端部品と、
前記内部絶縁管に接続され、前記内部端部品および外部端部品を突き抜けるアースピンとを含むデバイス。
【請求項１６】
前記外部絶縁管が電気的にアースから離されている、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記内部コアが前記第１および第２の加熱要素を受ける長手方向のスロットを含む、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１および第２の加熱要素がそれぞれＵ字形である、請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記外部絶縁管の前記端部にフランジが設置されている、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記内部絶縁管がステンレス鋼で構成されている、請求項１５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に心臓手術に関し、より詳細には心臓バイパス手術（ｃａｒｄｉａｃ  ｂｙｐａｓｓ  ｓｕｒｇｅｒｙ）中に患者に注入される血液または他の流体の加熱および冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は２００４年８月６日出願の米国特許仮出願第６０／５９９，６２８号の優先権を主張する。
【０００３】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
該当なし
【０００４】
加熱および冷却デバイスは、心臓手術中に使用される血液灌流システム（ｂｌｏｏｄ  ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）の重要な構成部品である。手術中、臓器を保護するための低体温法を行うように血液がバイパス回路で冷却される。通常、別個の心臓麻痺回路（ｃａｒｄｉｏｐｌｅｇｉａ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が、冷却された溶液を少なくとも周期的に心臓に直接流入させる。手術が終了すると、２つの回路を流れる血液および／または他の流体は、患者が麻酔から覚める前に加熱される。血液灌流システムの操作中に起こり得る様々な状況下では、両方の回路を同時に加熱する、または両方の回路を同時に冷却するだけでなく、一方の回路を冷却し他方を加熱する、あるいは一方の回路を停止し他方を加熱または冷却することが望ましいこともある。
【０００５】
各回路に血液および／または心臓麻痺液を運ぶ導管はそれぞれ熱交換器を通過する。２つの加熱器／冷却器回路内の水（または他の熱交換流体）はそれぞれ、必要に応じて血液／心臓麻痺液の温度を上げる、または温度を下げるために熱交換器内の経路を通って送り込まれる。統合型制御装置および統合型電源を有する統合型加熱器／冷却器ユニット（ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ  ｈｅａｔｅｒ／ｃｏｏｌｅｒ  ｕｎｉｔ）は通常、両方の水回路の水を選択的に冷却する単一の冷却槽コンパートメント、および２つの回路の水を選択的に別々に加熱する１対の加熱デバイスを含む。
【０００６】
電気的な安全基準、および２つの加熱器／冷却器ユニットに手術室内の従来式の単一のアウトレットから電力を供給することの望ましさを考慮すると、アウトレットからの消費電流は最大限度以下で安全であることを確実にする必要がある。ユニットのうち大量の電力を消費する要素は、制御電子機器（例えばマイクロコントローラ、表示器、および他の関連回路）、２つの水循環ポンプ、および２つの加熱器である。冷却機能では、冷却源として氷が使用されるので、制御装置およびポンプを操作するとき以外は電力を消費しない。最大消費電流は、両方の加熱器が同時に動作するとき（すなわち、患者の動脈および心臓麻痺液回路の両方が加熱され、両方のポンプが動作するとき）に発生する。
【０００７】
Ｋｉｎｇ他に発行された米国特許第６，４２３，２６８号では、第１および第２の加熱器が同時に作動しないように回路が設けられた２つの加熱器が開示されている。さらに加熱器は、他方の加熱器が停止してからある遅延時間が経過するまでは作動しない。したがって、両方の流体回路で加熱が必要なときは、Ｋｉｎｇ他の特許では、同時に切換えが行われないように、２つの加熱器をそれぞれ作動と作動の間に適切な遅延時間をおいて交互に作動させる。２つの加熱器を相補的に（オフ時間を置いて）駆動することにより、使用可能電流を超えずに両方の回路が加熱される。ただし、必要な遅延を実施するために、複数のリレーを含む比較的複雑で高価な加熱器制御システムが必要となる。このような複雑さあるいは費用なしに最大電流引出しを制限することが望ましいであろう。
【０００８】
Ｋｉｎｇ他の特許で使用されるリレー切換システムには、さらなる欠点がある。加熱器が作動するときに大量の突入電流が流れることがある。突入電流によって、回路遮断機が作動、および／または切替デバイス内に過剰な熱が発生することがある。様々なリレーデバイスには（同一の製造業者および部品番号であっても）固有のタイミングの違いがあるので、加熱器を作動させるときに重大なタイミングエラーが起こる可能性がある。エラーは、不注意で加熱器を同時作動させてしまうには十分な大きさであり、それにより過剰な電流が発生することがある。パフォーマンス利益を達成し同時作動エラーを回避するためには、突入電流をなくし、より精密で堅固な加熱器電流の制御を行うことが望ましい。
【特許文献１】米国特許仮出願第６０／５９９，６２８号
【特許文献２】米国特許第６，４２３，２６８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、遅延時間またはリレー回路を使用せずに電流消費量を制限する利点を有する。精密で堅固な加熱器制御を達成し突入電流をなくす、革新的な新しい加熱器構造および電力共有方法が開示される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様では、２チャネル流体温度制御装置が、電力制限を有する簡便な電気アウトレットからの電力を使用して手術中に心臓流体の温度を制御する。第１の循環チャネルは第１の熱交換流体を運搬する。第２の循環チャネルは第２の熱交換流体を運搬する。第１のポンプは第１の熱交換流体を受け、第１の熱交換流体を第１の循環チャネル内に選択的に送り込む。第２のポンプは第２の熱交換流体を受け、第２の熱交換流体を第２の循環チャネル内に選択的に送り込む。第１の加熱器ユニットは第１の熱交換流体に熱結合し、各電力消費量をそれぞれ有する第１の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む。第２の加熱器ユニットは第２の熱交換流体に熱結合し、各電力消費量をそれぞれ有する第２の複数の別々に作動可能な加熱要素を含む。冷却槽が第１および第２の熱交換流体に選択的に熱結合する。制御装置が、第１および第２の熱交換流体を選択的に加熱かつ冷却するように第１および第２のポンプならびに第１および第２の複数の加熱要素を選択的に作動させ、すべての作動ポンプおよび加熱要素の消費電力が制限電力以下に維持されるようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、同一の加熱および冷却機能を有する２つの別々のチャネルからなるユーザ選択可能な水温管理システムである。システムの各チャネルは、スタンバイ・モードおよび維持モードと呼ばれる２つのモードで操作することが可能である。チャネルに熱交換流体を充填し貯留した空気を除去するために、熱交換流体をシステムの全流体チャネルの中を高速で循環させる、（両加熱器が停止された）プライム・モードを設けることもできる。
【００１２】
スタンバイ・モード（Ｓｔａｎｄｂｙ  ｍｏｄｅ）では、ユーザは設定温度を調整することができるが、アクティブな温度管理は実行されない。ポンプおよび加熱器はこの所定のチャネルでは停止される。表示器およびプロセッサを含むシステム電子機器は低電力消費を実現する。
【００１３】
維持モード（Ｍａｉｎｔａｉｎ  ｍｏｄｅ）では、ユーザは設定温度を調整することができ、アクティブな温度管理が実行される。任意の特定時間に任意の加熱または冷却が必要かどうかに応じて、１つまたは２つのポンプおよび１つまたは２つの加熱器を作動させることができる。両方のチャネルが最大加熱を行っているとき、最大消費電力が発生する。この消費電力はシステム電子機器、２つのポンプ、および２つの加熱器の消費量を合計したものと等しい。２つの加熱器は、最大加熱時に両方のチャネルが電源の制限電力を超えない大きさとすることが可能であるが、一方のチャネルしか加熱する必要がないときはより高いレベルの加熱を提供できるように、各チャネルの加熱能力を増加させることが望ましい。
【００１４】
図１を参照すると、患者１１の心臓手術の支援に使用することができる２つの加熱／冷却システム１０が示されている。灌流システム１２が、患者１１からの血液を血液回路１３および心臓麻痺液回路１４の中を循環させることによって手術中の心肺機能の役割を果たす。回路１３および１４内の流体はそれぞれ、熱交換器１５および１６を使用して選択的に冷却または加熱することができる。設定温度を達成するために必要なとき、２つの加熱／冷却システム１０と熱交換器１５および１６の間に水などの熱交換流体が流れる。
【００１５】
システム１０は、別々の循環チャネル内の熱交換流体をそれぞれ個別に冷却することのできる冷却槽２０などの冷却源を含む。熱交換器１６に接続された第１のチャネルが第１の加熱器２１および第１のポンプ２２を含み、第２の循環チャネルが第２の加熱器２３および第２のポンプ２４を含む。電子機器ブロック２５が加熱器２１および２３ならびにポンプ２２および２４に接続され、アウトレット２６からの電力を受けている。
【００１６】
冷却または加熱のために第１の循環チャネル内を流れる熱交換流体を適切な方向に向けるために、バルブ２７が流体流に冷却槽（ｉｃｅ  ｂａｔｈ）２０または加熱器２１のどちらかを通過させる。同様に、バルブ２８が第２循環チャネル内の熱交換流体を冷却槽２０または加熱器２３に向ける。１対の温度センサ３０および３１が電子機器ブロック（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  ｂｌｏｃｋ）２５に接続され、所望の設定温度に対して存在する熱交換流体の温度を電子機器ブロック２５が制御できるように温度フィードバックを提供する。あるいは、遠隔温度センサを利用することもできる。
【００１７】
図２に示すように、アウトレット（ｏｕｔｌｅｔ）２６は一般に約２０Ａの制限電流を供給する。回路遮断器３２がシステム１０内に設けられ、システム１０による消費電力を１０〜１６Ａ、すなわち約１７５０Ｗに制限する。システム１０で電力を消費する３つの主なコンポーネントは、（例えば表示器、制御装置、インターフェース、および状態回路などの）システム電子機器、ポンプ、および加熱器である。冷却源となるのは操作者によって追加される氷なので、冷却時には電子機器およびポンプ用以外の電力は必要ない。一般にシステム電子機器は約０．５Ａすなわち約５０Ｗ、各ポンプは約２Ａすなわち約２２５Ｗを消費する。本明細書で示される数値の例は図示のために示されるものに過ぎず、幅のある入力電圧を使用することができるのでおおよその数値に過ぎない。
【００１８】
どちらの循環チャネルでも加熱が必要でないとき、電力消費量は、電子機器および同時に作動する両方のポンプ（両方のチャネルでアクティブに冷却する場合）によって消費される量を超えず、その場合約５００Ｗを要する。これは使用可能な１７５０Ｗ以下に十分入っている。ただし、加熱を要するときは、電力消費量が使用可能な電力以下であることを確実にする必要が生じる。説明される操作モードでは、２つのチャネルは同一であると想定されており、したがってどちらのチャネルが加熱または冷却されるかは問題でない。いくつのチャネルが加熱を要するかということのみが重要である。したがって、図２および図３でＡおよびＢと称するチャネルは交換可能である。
【００１９】
加熱中の電力消費量を管理する必要のある本発明の操作モードが図３に示されている。したがってモード１では、一方のチャネルがスタンバイ（すなわち、ポンプまたは加熱器のどちらも作動していない）であり、他方のチャネルが維持モード（ポンプが継続的に作動し、感知された温度に応じて加熱を要する）である。モード２では、一方のチャネルが加熱を要する維持モードであり、他方のチャネルが冷却のみを要する維持モードである（すなわち、他方のチャネルはポンプを作動させるための電力のみを消費する）。モード３では、両方のチャネルが加熱を要する維持モードである（すなわち、両方のポンプおよび両方の加熱器が作動している）。
【００２０】
加熱中の電力消費量を管理するために、本発明の各加熱器は、各要素がそれぞれ電力消費量を有する複数の別々に作動可能な加熱要素を含む。システム制御装置は加熱が必要なとき、加熱要素のうち選択されたものを作動し、作動加熱要素が消費電力を電源の制限電力以下に維持するような連結最大電力消費量を有するようにする。好ましい実施形態では、個々の加熱要素のサイズ（すなわち電力消費量）は、両方のチャネルを同時に加熱し、次いで消費電力が制限電力にほぼ等しくなるように各加熱器の各加熱要素を継続的に作動させられるように選択される。あるいは、他の操作モードでは、加熱要素をすばやく作動または停止させ（すなわち変調し）、最大値に達しない熱エネルギを特定の加熱要素で取得することもできる。
【００２１】
図４は様々な操作モードでの電力使用を表す棒グラフ（ｂａｒ  ｃｈａｒｔ）を示す。各棒全体の高さは最大使用可能電力（例えば１７５０Ｗ）を表す。棒３５は一方のチャネルがスタンバイで他方のチャネルが維持モードで加熱を要するモード１を表す。電力消費量４０はシステム電子機器で消費される電力（例えば約５０Ｗ）を表し、電力消費量４１は加熱を要するチャネルでポンプに使用される電力（例えば２２５Ｗ）を表す。電力消費量４２は作動している加熱器の１つの加熱要素を表し、電力消費量４３はその加熱器の第２の加熱要素で消費される電力を表す。
【００２２】
棒３５で表されるモード１では、約１５００Ｗが加熱チャネルの加熱要素に使用可能である。この特定の実施形態では、２つの加熱要素が設けられ、モード１で両方が作動されるとき最大使用可能電力量が使用されるサイズになっている。したがって、電力消費量４２は好ましくは第１の加熱要素の電力消費量６２５Ｗに相当し、電力消費量４３は第２の加熱要素の電力消費量８７５Ｗに相当する。最大加熱量以下のときは一方または両方の加熱要素の電力は（例えばパルス幅変調など）変調させることができる。
【００２３】
棒３６は両方のチャネルが維持モードで加熱を要するモード３に相当する。したがって、電力消費量４０はシステム電子機器を表し、電力消費量４１は一方のポンプを表し、電力消費量４４は他方のポンプを表す。約１２５０Ｗが２つの加熱器に使用可能である。各加熱器はこの使用可能電力の２分の１を消費するサイズの要素を有し、２つの加熱器を組み合わせて使用可能電力を完全に使用するようになっている。棒３６では、電力消費量４５は一方の加熱器で利用される６２５Ｗを表し、電力消費量４６は他方の加熱器で利用される６２５Ｗを表す。各加熱器の各加熱要素は必要に応じてより少ない熱を発生するように変調させることができるが、合計消費電力は各加熱要素が継続的に作動しても制限電力以下に維持される。
【００２４】
棒３７は第１の実施形態によるモード２の操作を表す。モード２では１つのチャネルでのみ加熱を要するので、加熱を要するチャネルは６２５Ｗと８７５Ｗのどちらかを超える加熱要素を作動させることができる（すなわち、１２５０Ｗが使用可能である）。したがって、電力消費量４７は６２５Ｗの加熱要素の完全作動を表し、電力消費量４８は８７５Ｗの加熱要素が最大６２５Ｗになるように消費量を低減した変調を表す。棒３８は、８７５Ｗに相当するサイズを有する電力消費量５０で示されるように、８７５Ｗの加熱要素が継続的に作動している代替実施形態を表す。より小さい加熱要素が約３７５Ｗの電力消費量５１を提供するように変調される。
【００２５】
加熱器あたり２つの加熱要素を使用して加熱要素の適切なサイズを定めることによって、消費電力を使用可能な制限電力以下に維持するために最小限の電力変調を行う必要がある。さらに、消費電力を制限内に維持するために両方の加熱器で同時に電力変調を行う必要がないので、両方の加熱器を同時に作動することができ、従来技術で行われていたように遅延時間の切換えを行う必要がない。
【００２６】
図５は、最大加熱を継続的に作動させるために波形５３で示される第１の加熱要素に直接接続することのできるＡＣライン電圧５２を示す。波形５４は第２の要素に送られる電力の変調を示す。パルス幅変調を使用すると、作動状態と停止状態の合計に対する作動状態電力の比率が所望の最大電力定格の割合に相当する。作動状態は波形部分５５で示され、停止状態は波形部分５６で示されている。切換えは、制御電子機器での突入電流によるストレスをなくすために好ましくはゼロ交差で実行する。
【００２７】
他の実施形態では、他の数の要素を各加熱器に含むことができる。例えば、３要素による実施形態では、各加熱器に６２５Ｗの第１の加熱要素、６２５Ｗの第２の加熱要素、および２５０Ｗの第３の加熱要素を含むことができる。このような実施形態では、全モードでの使用電力を最大制限電力以内に維持するために電力の変調を必要としないことができる。しかし、駆動電子機器および加熱要素の費用は増加することがある。さらに、電気的沿面距離および他の要件を満たすために加熱器の外寸が増大することもある。
【００２８】
２要素による好ましい別の実施形態では、各加熱器は１２５０Ｗの第１の加熱要素および２５０Ｗの第２の加熱要素を含むことができる。このような実施形態では、あるモードでの適切な電力値を維持するためにより多くの変調を行う必要があることがある。他の実施形態では、例えば１つを主血液供給用、１つを心臓麻痺液用というように、異なる使用法のために特定のチャネルの加熱要件を最適化できる場合は特に、各加熱器の要素のサイズは同一である必要はない。
【００２９】
２つの加熱要素を有する加熱器の好ましい実施形態が図６〜８に示されている。加熱器は、国際電気標準会議（ＩＥＣ）規格６０６０１−１（またはＵＬ６０６０１−１）など、医療機器の電気安全規格に合うように設計される。加熱器の設計は、以下の要件を満たしている。１）２つの別々の加熱要素が直径約２．５４センチ（１インチ）および長さ１５．２４センチ（６インチ）の単一デバイスに収められ、２）加熱要素が熱エネルギを加熱器外面に有効に伝達され、３）加熱器がＵＬ６０６０１−１で指定されている絶縁耐力、漏洩電流、および沿面／空間距離に適合しており、かつ、４）加熱器が安全に故障するための手段を含む。
【００３０】
第１の加熱要素６０および第２の加熱要素６１が、長手方向のスロット６３および６４内部の細長い内部コア６２にそれぞれ取り付けられている。加熱要素６０は１対の電源ピン６５および６６に接続され、加熱要素６１は一部がスロット６３および６４内を延びる１対の電源ピン６７および６８に接続されている。加熱要素６０および６１は溝６３および６４と同様にほぼＵ字形であり、それにより加熱要素６０および６１または電源ピン６５〜６８がコア６２付近で動かないようになっている。内部コア６２は、ほぼ剛性の絶縁材料で形成され、好ましくは高い伝熱係数を有するセラミックから構成される。
【００３１】
内部絶縁管（ｉｎｎｅｒ  ｉｓｏｌａｔｉｏｎ  ｔｕｂｅ）７０はコア６２および加熱要素６０および６１を非接触関係で受ける。管７０は一端が閉じており、好ましくはステンレス鋼（例えば３０４ステンレス鋼）などの伝導性金属から形成される。粒子状の絶縁充填材（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ  ｆｉｌｌｅｒ）７１がコア６２と内部絶縁管７０の間に圧縮されている。好ましい一実施形態では、コア６２と管７０の間の空間に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）充填材が緩く充填され、次いで電熱特性を上げるために圧縮される。充填材７１は管７０への電気結合を防止するために電気絶縁性である。
【００３２】
アースピン７２は、例えば溶接によって内部絶縁管７０と電気的に接続するための端子板７３を有する。アースピン７２は、少なくとも４０Ａの電流に少なくとも２分間対処するように設計されている。加熱／冷却システムに設置されると、アースピンはシャシーまたは地面に接続され、万一絶縁破壊が起きた場合に有害になり得る電流を短絡する手段を提供する。冗長性を持たせてアース接続が試験できるように（例えば連続性試験）、１つまたは複数の追加のアースピンを加えることが望ましい（例えば、第２のアースピンをピン７２と直径方向反対側に配置するなど）。
【００３３】
オプションで絶縁スリーブ７４が端子板７３を覆うように内部絶縁管７０の開口端を円筒状に包囲している。スリーブ７４は例えばテフロンで構成することができる。
【００３４】
コア６２を管７０に挿入し充填材７１を圧縮した後、管７０を密封するために管７０の開口端内に内側端部品７５が挿入される。内側端部品７５は、ピン６５〜６８を密封関係で受けるための開口を有する。内側端部品７５は電気絶縁性であり、プラスチックで構成することができる。
【００３５】
密封した管７０は外側絶縁管７６によって非接触関係で受けられる。粒子状の絶縁充填材７７（好ましくはＭｇＯ）が管７０と７６の間に圧縮されている。粒子状の絶縁充填材は伝熱性であり電気絶縁性である。管７０と７６の間の空間は充填材７７によって、また管同士の間に差し込まれる内側フランジ８０を有する外側端部片７８によって維持されている。外側端部品７８は外側絶縁管７６の開口端を密封し、その中を通るピン６５〜６８およびアースピン７２を受ける。したがって、外側絶縁管７６はシステムのユーザと患者の両方を電気ショックから保護するためにアースから離されている。管７６は好ましくはニッケル合金（例えばインコロイ８００）などの伝導性金属で構成される。
【００３６】
絶縁スリーブ８１が電源ピンおよびアースピンの外周面上に設けられ、次いで管を密封し電源ピンおよびアースピンを支持するためにポッティング材料８２が外部絶縁管７６の開口端内に挿入される。加熱器ユニットを加熱／冷却システムに設置するために金属フランジ８３が外部絶縁管７６に結合されている。フランジ８３は電源ピンおよびアースピンからスリーブ８１によって電気的に絶縁される。システム電子機器に接続するために絶縁電線（図示せず）を電源ピンおよびアースピンに圧着することもできる。絶縁ブーツ（図示せず）が好ましくは絶縁電線に追加されコンパクトで管理可能な電線アセンブリを提供する。
【００３７】
使用時には、アースピンおよび内側絶縁管に接続された基準電線がシャシーアースに接続されている。さらに、オプションで加熱要素と内部管の間の漏洩電流量を監視する電気回路に接続することもできる。加熱要素間のセラミックコア、またはコアと管の間の充填材の絶縁特性が破壊されると、漏洩電流の量が増加することがある。電気回路は過剰漏洩電流を示す閾値を使用する。閾値を交差するとすぐ、デバイスはフォルト状態を検出し加熱要素への電力を停止する。これにより、加熱器が安全に故障し患者およびユーザが過剰な漏洩電流にさらされるのを防ぐ。
【００３８】
上記の詳細な説明は限定するためではなく図示のためであるとみなされるものであり、本発明の精神および範囲は、同等物を含む添付の特許請求の範囲によって定義されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】灌流システムと関連させた、本発明による２つの加熱／冷却システムの概略／ブロック図である。
【図２】加熱／冷却システム・コンポーネントのブロック図である。
【図３】加熱を要する場合に可能性のある操作モードの表である。
【図４】各操作モードにおける様々なシステム・コンポーネントの相対的な電力消費量の表である。
【図５】入力電圧、および制限電力に対して電力消費量を制限するために単一加熱器の加熱要素に印加される電圧を示す波形図である。
【図６】複数の加熱要素を有する加熱器の好ましい実施形態の部分断面図である。
【図７】図６の線７−７に沿った加熱器の横方向断面図である。
【図８】図６の線８−８に沿った加熱器の横方向断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  加熱／冷却システム
１１  患者
１２  灌流システム
１３  回路
１４  回路
１５  熱交換器
１６  熱交換器
２０  冷却槽
２１  加熱器
２２  ポンプ
２３  加熱器
２４  ポンプ
２５  電子機器
２６  アウトレット
２７  バルブ
２８  バルブ
３０  温度センサ
３１  温度センサ
３２  回路遮断器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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