一种血液冷却装置

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种血液冷却装置。

背景技术

由脑卒中(俗称中风)引起的脑缺血，在全世界范围内都是人类生命健康安全的一大杀手，其中脑卒中是指因大脑血管破裂或堵塞引起的脑部血液循环障碍以及一系列脑部疾病。脑卒中常常发生在中老年人群，随着人口老龄化程度的不断提高，其发病率和死亡率都大大增大。除了高发病率、高死亡率，脑卒中的致残率也很高。即使没有死亡，发病患者也有很大可能患上各种严重后遗症，包括瘫痪、语言障碍与行为障碍等，极大降低了患者的生活质量。

医学界已经证明了低温可以降低细胞耗氧量，抑制有害的细胞生化机制，对于脑缺血或脑损伤患者的存在明确的神经保护作用。及时的脑冷却可以挽救患者生命，并显著改善患者预后。

目前，4-10℃低温是许多血管外科手术中灌注的首选温度。除了特制的灌注液，通过导管向脑部血管直接供应冷却过的患者自身血液是一种有效的冷却手段。

发明内容

鉴于此，有必要针对现有技术中存在缺陷提供一种可以高效并稳定工作的血液冷却装置。

为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：

本申请提供了一种血液冷却装置，包括第一冷却单元、第二冷却单元、第三冷却单元及第四冷却单元，其中：

所述第一冷却单元包括第一恒温腔、设置于所述第一恒温腔内的第一血液管道及分布于所述第一恒温腔内的第一复合相变材料，所述第一复合相变材料的熔点为25℃；

所述第二冷却单元包括第二恒温腔、设置于所述第二恒温腔内的第二血液管道及分布于所述第二恒温腔内的第二复合相变材料，所述第二复合相变材料的熔点为15℃；

所述第三冷却单元包括第三恒温腔、设置于所述第三恒温腔内的第三血液管道及分布于所述第三恒温腔内的第三复合相变材料，所述第三复合相变材料的熔点为8℃；

所述第四冷却单元包括第四恒温腔、设置于所述第四恒温腔内的第四血液管道及分布于所述第四恒温腔内的第四复合相变材料，所述第四复合相变材料的熔点为4℃；

血液由所述第一血液管道的入口进入，且相邻的所述恒温腔之间通过所述血液管道的出口与下一个所述血液管道的入口连接；

血液从离体温度依次经所述第一冷却单元、所述第二冷却单元、所述第三冷却单元及所述第四冷却单元后冷却。

在其中一些实施例中，所述第一恒温腔、所述第二恒温腔、所述第三恒温腔及所述第四恒温腔的材质包括但不限于不锈钢及铜。

在其中一些实施例中，所述第一恒温腔、所述第二恒温腔、所述第三恒温腔及所述第四恒温腔的内壁上布置有肋片。

在其中一些实施例中，所述第一血液管道、所述第二血液管道、所述第三血液管道、所述第四血液管道的材料包括但不限于不锈钢，形状包括但不限于直管、弯管或螺旋管。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的EGaZn合金、47.5-65％的相变石蜡、不超过5％的膨胀石墨及成核剂，所述相变石蜡的熔点为25℃。

在其中一些实施例中，所述第二复合相变材料包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的EGaIn合金、47.5-65％的相变石蜡、不超过5％的膨胀石墨及成核剂，所述相变石蜡的熔点为15℃。

在其中一些实施例中，所述第三复合相变材料包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的Ga

在其中一些实施例中，所述第四复合相变材料包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的Ga

在其中一些实施例中，所述成核剂包括但不限于金属粉或陶瓷粉，所述膨胀石墨包括熟料或用生料经包括但不限于微波加热或马弗炉手段制成的熟料，所述熟料为膨胀石墨，所述生料为可膨胀石墨。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料、所述第二复合相变材料、所述第三复合相变材料及所述第四复合相变材料均与对应的所述血液管道紧密接触。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料、所述第二复合相变材料、所述第三复合相变材料及所述第四复合相变材料与对应的所述血液管道之间设置有热界面材料。

在其中一些实施例中，所述恒温腔之间由绝热层隔离，所述绝热层包括但不限于真空绝热、保温棉或中空玻璃板。

在其中一些实施例中，还包括对应设置于任意一所述恒温腔上的制冷器，所述制冷器包括但不限于半导体制冷、冷却水制冷或制冷循环制冷。

在其中一些实施例中，还包括设置于任意一所述恒温腔内的测温装置，所述测温装置包括但不限于热电偶或热敏电阻。

在其中一些实施例中，任意一所述制冷器还包括控温单元，所述控温单元接受所述测温装置返回的温度信号，并根据所述温度信号判断是否要提供冷量以维持所述恒温腔内的低温环境。

本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：

本申请提供的血液冷却装置，包括第一冷却单元、第二冷却单元、第三冷却单元及第四冷却单元，任意一冷却单元包括恒温腔、设置于恒温腔内的血液管道及分布于恒温腔内的复合相变材料，本申请提供的血液冷却装置利用熔点梯度分布的四种复合相变蓄冷材料，让穿过其中的血液分四级降温，使得血液在降温过程中与冷表面的温差全程不会超过15℃，每一级降温前后的血液温度都能固定在预设范围内，最终输出温度在4℃左右的血液，由于相变材料具有天然的储能蓄冷能力，可以在需要时释放冷量，从而增强了装置应对不同工况以及可能由故障等因素引起的反常冷/热冲击的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的血液冷却装置的原理示意图。

图2为本申请实施例提供的血液冷却装置的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

请参阅图1及图2，为本实施例提供的一种血液冷却装置的原理图及结构示意图，包括第一冷却单元10、第二冷却单元20、第三冷却单元30及第四冷却单元40。以下详细说明各个单元的具体结构。

所述第一冷却单元10包括第一恒温腔11、设置于所述第一恒温腔11内的第一血液管道12及分布于所述第一恒温腔11内的第一复合相变材料13，所述第一复合相变材料的熔点为25℃。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料13包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的EGaZn合金、47.5-65％的相变石蜡、不超过5％的膨胀石墨及成核剂，所述相变石蜡的熔点为25℃。

所述第二冷却单元20包括第二恒温腔21、设置于所述第二恒温腔21内的第二血液管道22及分布于所述第二恒温腔21内的第二复合相变材料23，所述第二复合相变材料23的熔点为15℃。

在其中一些实施例中，所述第二复合相变材料23包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的EGaIn合金、47.5-65％的相变石蜡、不超过5％的膨胀石墨及成核剂，所述相变石蜡的熔点为15℃。

所述第三冷却单元30包括第三恒温腔31、设置于所述第三恒温腔31内的第三血液管道32及分布于所述第三恒温腔31内的第三复合相变材料33，所述第三复合相变材料33的熔点为8℃。

在其中一些实施例中，所述第三复合相变材料33包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的Ga

所述第四冷却单元40包括第四恒温腔41、设置于所述第四恒温腔41内的第四血液管道42及分布于所述第四恒温腔41内的第四复合相变材料43，所述第四复合相变材料43的熔点为4℃。

在其中一些实施例中，所述第四复合相变材料43包括如下质量百分比的成分：30-47.5％的Ga

可以理解，本申请上述实施例提供的复合相变材料，主要成分除了常见的有机蓄冷剂和成核剂外，还包含了低熔点金属相变材料以及膨胀石墨。低熔点金属相变材料具有体积相变潜热高，热导率高等优点，它的存在可以提升材料的传热能力；膨胀石墨具有围观多孔结构，可以封装相变材料并形成高导热骨架，显著提升材料稳定性与热导率，改善整体性能。

在其中一些实施例中，所述成核剂包括但不限于金属粉或陶瓷粉，所述膨胀石墨包括熟料或用生料经包括但不限于微波加热或马弗炉手段制成的熟料，所述熟料为膨胀石墨，所述生料为可膨胀石墨。

在其中一些实施例中，所述第一恒温腔11、所述第二恒温腔21、所述第三恒温腔31及所述第四恒温腔41的材质包括但不限于不锈钢及铜。

可以理解，本实施例提供的恒温腔采用上述材质其热导率高且生物安全。

在其中一些实施例中，所述第一恒温腔11、所述第二恒温腔21、所述第三恒温腔31及所述第四恒温腔41的内壁上布置有肋片，以进一步优化传热性能。

在其中一些实施例中，所述第一血液管道12、所述第二血液管道22、所述第三血液管道32、所述第四血液管道42的材料包括但不限于不锈钢，以保证热导率高且生物安全。

进一步地，所述第一血液管道12、所述第二血液管道22、所述第三血液管道32、所述第四血液管道42其尺寸满足最大工况下换热量要求下，形状包括但不限于直管、弯管或螺旋管。

本申请上述实施例提供的血液冷却装置，其工作方式如下：

血液(离体温度为37℃)由所述第一血液管道12的入口进入，相邻的所述恒温腔之间通过所述血液管道的出口与下一个所述血液管道的入口连接；血液从离体温度依次经所述第一冷却单元10、所述第二冷却单元20、所述第三冷却单元30及所述第四冷却单元40后冷却。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料13、所述第二复合相变材料23、所述第三复合相变材料33及所述第四复合相变材料43均与对应的所述血液管道紧密接触，以保证更佳的换热性能。

在其中一些实施例中，所述第一复合相变材料13、所述第二复合相变材料23、所述第三复合相变材料33及所述第四复合相变材料43与对应的所述血液管道之间设置有热界面材料。

在其中一些实施例中，所述恒温腔之间由绝热层50隔离，所述绝热层50包括但不限于真空绝热、保温棉或中空玻璃板。

在其中一些实施例中，还包括对应设置于任意一所述恒温腔上的制冷器60，所述制冷器60包括但不限于半导体制冷、冷却水制冷或制冷循环制冷。

在其中一些实施例中，还包括设置于任意一所述恒温腔内的测温装置70，所述测温装置70包括但不限于热电偶或热敏电阻。

在其中一些实施例中，任意一所述制冷器60还包括控温单元(图未示)，所述控温单元接受所述测温装置70返回的温度信号，并根据所述温度信号判断是否要提供冷量以维持所述恒温腔内的低温环境。

本申请提供的血液冷却装置，利用熔点梯度分布的四种复合相变蓄冷材料，让穿过其中的血液通道分四级降温，使得血液在降温过程中与冷表面的温差全程不会超过15℃。每一级降温前后的血液温度都能固定在预设范围内，最终输出温度在4℃左右的血液。由于相变材料具有天然的储能蓄冷能力，可以在需要时释放冷量，从而增强了装置应对不同工况以及可能由故障等因素引起的反常冷/热冲击的能力。

实施例1

请再参阅图2，为本发明实施例1提供的血液冷却装置的一种结构形式示意图，设计血液流量为300mL/min。

其中：第一恒温腔11的血液入口温度为37℃，第一恒温腔11内填充的复合相变材料13按质量百分比计，EGaZn合金含47.5％，相变石蜡含47.5％，成核剂含2％，膨胀石墨含3％。设计第一恒温腔11血液出口温度为26℃。其中第一血液管道12为内径5mm的不锈钢管。根据上述数据可以计算得出第一恒温腔11内需要血液管道长度5m。为了节省空间，将第一血液管道12以直径10cm，螺距1cm，一共16匝的形式固定在恒温腔内的第一复合相变材料13内，由此设计第一恒温腔11的尺寸为直径15cm，高30cm的圆柱形腔体。上述体量的第一复合相变材料13的蓄冷量可以保证即使制冷器60停止工作，装置也能提供十分钟目标温度的冷却血液。

其中：第二恒温腔21的血液入口温度为26℃，第二恒温腔21内填充的复合相变材料23按质量百分比计，EGaIn合金含47.5％，相变石蜡含47.5％，成核剂含2％，膨胀石墨含3％。设计第二恒温腔21血液出口温度为15.5℃。其中第二血液管道22为内径5mm的不锈钢管。根据上述数据可以计算得出第二恒温腔21内需要血液管道长度5m。为了节省空间，将第二血液管道22以直径10cm，螺距1cm，一共16匝的形式固定在恒温腔内的第二复合相变材料23内，由此设计第二恒温腔21的尺寸为直径15cm，高30cm的圆柱形腔体。上述体量的第二复合相变材料23的蓄冷量可以保证即使制冷器60停止工作，装置也能提供十分钟目标温度的冷却血液。

其中：第三恒温腔31的血液入口温度为15.5℃，第三恒温腔31内填充的第三复合相变材料33按质量百分比计，Ga

其中：第四恒温腔41的血液入口温度为37℃，第四恒温腔41内填充的第四复合相变材料43按质量百分比计，Ga

其中测温装置为Pt100，制冷器采用300W半导体制冷片，绝热层材料为玻璃纤维隔热棉。

上述装置输入血液温度为37℃，输出血液温度为4.2℃，与目标温度4℃相差在5％，是可以接受的范围，且全程血液与冷表面温差没有超过15℃。

可以理解，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。