Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Kühlgerät, das mittels einer elektronischen Kühlvorrichtung unter Anwendung des Peltiereffekts ein Kühlmittel kühlt, das gekühlte Kühlmittel zirkulieren lässt und das Kühlmittel einem Kissen zuführt, wodurch der erkrankte Körperteil eines Patienten, auf den das Kissen aufgebracht ist, gekühlt wird. Ein solches Gerät ist aus dem Dokument WO-A-9 400 086 bekannt.

Als ein herkömmliches elektronisches Kühlgerät dieser Art ist ein therapeutisches Kühlgerät in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4-77 583 offenbart. 6 zeigt den Grundaufbau dieses therapeutischen Kühlgeräts. In 6 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Kühleinheit (Kissen), die auf den erkrankten Körperteil eines Patienten aufgebracht wird, 2 bezeichnet ein Zufuhrventil zur Steuerung der Strömungsrate eines Kühlmittels, das der Einlassöffnung der Kühleinheit 1 zugeführt wird, 3 bezeichnet ein Kühlmitteltemperatureinstellmittel, 4 eine Pumpe, um das Kühlmittel umzuwälzen, 5 bezeichnet ein einlassseitiges Messmittel, das zwischen dem Zufuhrventil 2 und der Kühleinheit 1 angeordnet ist, um wenigstens die Temperatur des Kühlmittels zu messen, 6 bezeichnet ein auslassseitiges Messmittel, das hinter der Auslassöffnung der Kühleinheit 1 angeordnet ist, um wenigstens die Temperatur des Kühlmittels zu messen, und 7 bezeichnet ein Vergleichsmittel zum Vergleichen der Informationen, die durch das einlassseitige Messmittel 5 erzielt wurden, mit jenen, die durch das auslassseitige Messmittel 6 erzielt wurden.

In diesem therapeutischen Kühlgerät wird das Kühlmittel durch das Temperatureinstellmittel 3 gekühlt, und das gekühlte Kühlmittel wird mittels der Pumpe 4 umgewälzt und der Kühleinheit 1 zugeführt. Eine Temperatur T_ein des in die Kühleinheit 1 eintretenden Kühlmittels wird durch das einlassseitige Messmittel 5 erfasst und an das Vergleichsmittel 7 geliefert. Das Vergleichsmittel 7 steuert das Zufuhrventil 2 auf der Grundlage der Differenz zwischen den erfassten Temperaturen T_ein und T_aus, wodurch die Menge an Kühlmittel angepasst wird, die der Kühleinheit 1 zuzuführen ist. Gleichzeitig steuert das Vergleichsmittel 7 das Temperatureinstellmittel 3, wodurch die Temperatur T_ein des Kühlmittels zur Kühleinheit 1 in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird.

In einem derartigen herkömmlichen therapeutischen Kühlgerät wird die Temperatur des Kühlmittels zu der Kühleinheit 1 erfasst, um die Temperatureinstellmittel 3 zu steuern. Aus diesem Grund ist die Temperatursteuerung verzögert, so dass keine schnelle Temperatursteuerung durchgeführt werden kann.

Außerdem sind, wenn die Temperatur des Kühlmittels durch das einlassseitige Messmittel 5 und das auslassseitige Messmittel 6 direkt erfasst wird, diese Temperaturerfassungseinheiten in einem dünnen Rohr angeordnet, was ein Verstopfen zur Folge hat.

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben angeführten Probleme zu lösen, wobei ihre Aufgabe ist, ein elektronisches Kühlgerät zu liefern, das eine schnelle Temperatursteuerung durchführen kann, ein Verstopfen eines Rohrs vermeidet und eine Abnormität frühzeitig erfasst.

Um die oben angegebene Aufgabe zu lösen wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein elektronisches Kühlgerät gemäß dem Anspruch 1 oder dem Anspruch 2 geschaffen.

1 ist eine Darstellung, die den Grundaufbau eines elektronischen Kühlgeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

2A und 2B sind Perspektivansichten, die den speziellen Aufbau einer Kühleinheit in dem elektronischen Kühlgerät zeigen;

3 ist eine Perspektivansicht, die einen Wassermantel zeigt, der in der Kühleinheit verwendet wird;

4 ist eine Schnittdarstellung von der Seite, die Kühleinheit zeigend;

5 ist eine Perspektivansicht, die einen Kühlkörper zeigt, der in der Kühleinheit verwendet wird; und

6 ist ein Blockdiagramm, das den Grundaufbau eines herkömmlichen therapeutischen Kühlgeräts zeigt.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 zeigt den Grundaufbau eines elektronischen Kühlgeräts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 ein Kissen, das auf den erkrankten Körperteil eines Patienten aufgebracht wird, 11 bezeichnet einen Tank, in dem ein Kühlmittel aufbewahrt wird, 12 bezeichnet eine Pumpe zum Umwälzen des Kühlmittels, 13 bezeichnet einen Wärmeübertragungsweg, der auf einem Kühlmittelzufuhrweg zu dem Kissen 10 angeordnet ist, 14 bezeichnet eine wärmeisolierende Platte, die auf der Oberseite des Wärmeübertragungswegs 13 angeordnet ist, 15-1 bis 15-3 bezeichnen elektronische Kühlvorrichtungen, deren Kühlflächen 15-1a bis 15-3a mit dem Wärmeübertragungsweg 13 durch die wärmeisolierende Platte 14 so verbunden sind, das Wärme übertragen werden kann, 16 bezeichnet einen Kühlkörper, der mit Wärmeabführflächen 15-1b bis 15-3b der elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 so verbunden ist, dass Wärme übertragen werden kann, 17 bezeichnet einen Kühlungslüfter, 18 einen Temperatursensor, der an der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1, d. h. zwischen der Kühlfläche 15-1a und dem Wärmeübertragungsweg 13, angebracht ist, und 19 bezeichnet eine Steuereinrichtung.

Das Kissen 10 hat Kühlmitteleinlass- und Kühlmittelauslassöffnungen, wobei es z. B. aus einem Weichgummi oder aus einem Kunstharzmaterial geformt ist. Als Kühlmittel wird Wasser wie etwa Reinwasser oder eine wässrige Magnesiumchloridlösung verwendet. Die wässrige Magnesiumchloridlösung ermöglicht die Verwendung eines elektromagnetischen Strömungsmessers und verhindert außerdem das Gefrieren von Wasser in dem Kissen 10 selbst im Fall eines Absinkens der Temperatur auf den Gefrierpunkt. Der Wärmeübertragungsweg 13 ist aus einem Flachrohr gebildet. Die wärmeisolierende Platte 14 hat fast die gleiche Form wie die Oberseite des Wärmeübertragungswegs 13 und ist in engem Kontakt mit der Oberseite des Wärmeübertragungswegs 13. Der Wärmeübertragungsweg 13 und die wärmeisolierende Platte 14 sind aus Aluminium geformt. Der Wärmeübertragungsweg 13 und die wärmeisolierende Platte 14 könnten aus Kupfer, rostfreiem Stahl oder Titan bestehen. Die wärmeisolierende Platte 14 muss nicht immer angeordnet sein.

Die elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 nutzen den Peltiereffekt. Jede dieser Vorrichtungen ist durch Bonden von N-Typ- und P-Typ-Halbleitern gebildet. Wenn ein Strom fließt, nimmt eine Zonenübergangsfläche Wärme auf, während die andere Zonenübergangsfläche Wärme erzeugt. Die Wärme aufnehmende Fläche ist eine Kühlfläche und jene, die Wärme erzeugt, ist eine Wärmeabführtläche.

Die Betriebsweise dieses elektronischen Kühlgeräts wird weiter unten zusammen mit der Funktion der Steuereinrichtung 19 beschrieben.

Wenn die Pumpe 12 angetrieben wird, wird das in dem Tank 11 aufbewahrte Kühlmittel über den Wärmeübertragungsweg 13 dem Kissen 10 zugeführt und dann zu dem Tank 11 zurückgeführt. Während dieses Umlaufs wird das dem Kissen 10 zugeführte Kühlmittel durch die elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3, die in dem Wärmeübertragungsweg 13 vor dem Kissen 10 angeordnet sind, gekühlt. Insbesondere wird, da die Kühlflächen 15-1a bis 15-3a der elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 durch die wärmeisolierende Platte 14 so mit dem Wärmeübertragungsweg 13 verbunden sind, dass Wärme übertragen werden kann, der Wärmeübertragungsweg 13 durch die wärmeisolierende Platte 14, die als Wärmepuffer dient, gleichmäßig gekühlt, und das den Wärmeübertragungsweg 13 durchströmende Kühlmittel wird gekühlt.

In diesem Fall steuert die Steuereinrichtung 19 die Leistung, die den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 zuzuführen ist, auf der Grundlage der Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1, die von dem Temperatursensor 18 erfasst wird, wodurch die Temperatur des Kühlmittels zu dem Kissen 10 in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Mit der Anordnung dieser Ausführungsform kann eine schnelle Temperatursteuerung durchgeführt werden. Genauer gesagt zeigt sich der Überschuss oder Mangel an Kühlungsvermögen auf dem Wärmeübertragungsweg 13 sofort in einem Anstieg oder Abfall der Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1. Folglich kann eine schnelle Temperatursteuerung ohne jegliche Verzögerung bei der Anpassung des Kühlungsvermögens auf dem Wärmeübertragungsweg 13 durchgeführt werden. Da außerdem die Kühlmitteltemperatur nicht erfasst werden muss, braucht gemäß dieser Ausführungsform keine Temperaturerfassungseinheit in dem Rohr angeordnet zu werden, wodurch ein Verstopfen vermieden werden kann. Außerdem kann dadurch, dass keine Temperaturerfassungseinheit in dem Rohr angeordnet ist, eine elektrische Ableitung zu dem Kühlmittel in dem Rohr verhindert werden, so dass die elektrische Sicherheit gewährleistet werden kann.

Die Steuereinrichtung 19 erfasst eine Abnormität in den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 auf der Grundlage der Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1, die von dem Temperatursensor 18 erfasst wird. Insbesondere fällt die Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1 aus dem Normalbereich heraus, wenn irgendeine der elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 eine Abnormität aufweist. Folglich kann die Steuereinrichtung 19 die Abnormität in den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 erfassen. Wenn eine Abnormität erfasst wird, führt die Steuereinrichtung 19 je nach der abnormen Situation eine Sicherheitsoperation aus, unterbricht z. B. die Leistungszufuhr zu den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3.

In dieser Ausführungsform wird eine Abnormität in den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 auf der Grundlage der Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1 festgestellt, die von dem Temperatursensor 18 erfasst wird. Jedoch kann, wenn ein Temperatursensor 20 an dem Kühlkörper 16 angebracht ist, eine Abnormität in den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 anhand einer Temperatur T2 des Kühlkörpers 16, die von dem Temperatursensor 20 erfasst wird, mit größerer Klarheit festgestellt werden. Alternativ kann der Temperatursensor 20 am Kühlmittelzufuhrweg oder am Wärmeübertragungsweg 13 befestigt sein. Bei dieser Anordnung kann eine Abnormität in den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 auch aus der Temperatur T2 des Kühlmittelzufuhrwegs oder des Wärmeübertragungswegs 13, die von dem Temperatursensor 20 erfasst wird, mit größerer Klarheit festgestellt werden.

In dieser Ausführungsform wird die Leistungszufuhr zu den elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 auf der Grundlage der Temperatur T1 der Kühlfläche 15-1a der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1 gesteuert. Dieser Steuerungsvorgang könnte jedoch auch auf der Grundlage des Temperaturunterschieds zwischen der Kühlfläche 15-1a und der Wärmeabführfläche 15-1b der elektronischen Kühlvorrichtung 15-1 ausgeführt werden. Die Temperatur T2 des Kühlkörpers 16 könnte ebenfalls als ein Parameter für die Steuerung der Leistung an die elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 verwendet werden. Insbesondere könnte die Kühlmitteltemperatur auf der Grundlage nicht nur der Temperatur der Kühlfläche 15-1a und der Temperatur der Wärmeabführfläche 15-1b oder der Temperaturdifferenz zwischen der Wärmeabführfläche 15-1b und der Kühlfläche 15-1a gesteuert werden, sondern auch auf der Grundlage der Temperatur des Kühlkörpers 16. In diesem Fall sind als Leistungssteuerungstechnik verschiedene Steuerungstechniken verfügbar: sowohl eine Technik der Änderung der Signalform einer Spannung oder eines Stroms, EIN/AUS-Steuerung bei Verwendung von Impulsen oder eine Phasensteuerung unter Verwendung eines Triacs oder Thyristors, als auch eine elementare Steuerungstechnik der Anpassung des Spannungs- oder Stromwertes.

In dieser Ausführungsform werden die drei elektronischen Kühlvorrichtungen 15-1 bis 15-3 verwendet. Die Anzahl der elektronischen Kühlvorrichtungen ist jedoch selbstverständlich nicht auf drei beschränkt. Außerdem ist die Vorrichtung, an welcher der Temperatursensor 18 angebracht ist, nicht auf die elektronische Kühlvorrichtung 15-1 beschränkt. Der Temperatursensor 18 könnte an der elektronischen Kühlvorrichtung 15-2 oder 15-3 angebracht sein.

2A und 2B zeigen den speziellen Aufbau der Kühleinheit in dem elektronischen Kühlgerät. In diesem Beispiel wird, wie in 3 gezeigt ist, ein Wassermantel als Wärmeübertragungsweg verwendet. An der Oberseite des Wassermantels 21 sind Peltiervorrichtungen 22-1 bis 22-4 angeordnet. Auf den Oberseiten der Peltiervorrichtungen 22-1 bis 22-4 ist ein Kühlkörper 23 angeordnet. Ein Kühlungslüfter 24 ist auf der Oberseite des Kühlkörpers 23 angeordnet.

Der Wassermantel 21 hat ein Kühlmitteleinlassrohr 21-1, ein Kühlmittelauslassrohr 21-2 und erste und zweite Hauptkanäle 21A und 21B, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie mit einem Seitenabschnitt des Einlassrohrs 21-1 und einem Seitenabschnitt des Auslassrohrs 21-2 in Verbindung stehen. Die Peltiervorrichtungen 22-1 bis 22-4 sind an den Hauptkanälen 21A und 21B angeordnet. Die Querschnittsfläche jedes der Hauptkanäle 21A und 21B ist größer als die Querschnittsfläche sowohl des Einlassrohrs 21-1 als auch des Auslassrohrs 21-2.

Das Wärmeabsorptionsvermögen ist proportional zu einem Wert, der durch Integrieren der Strömungsrate pro Zeiteinheit über die Durchgangszeit in dem Kanal erhalten wird. Deshalb kann die Effizienz des Wärmeaustauschs durch Verringern der Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden. Insbesondere ist in diesem Beispiel, da die Querschnittsfläche beider Hauptkanäle 21A und 21B des Wassermantels 21 größer als die Querschnittsfläche sowohl des Einlassrohrs 21-1 als auch des Auslassrohrs 21-2 ist, die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, das die Hauptkanäle 21A und 21B durchströmt, vermindert, so dass die Effizienz des Wärmeaustauschs höher sein kann. In diesem Beispiel hat der Hauptkanal eine gegabelte Form. Der Hauptkanal ist jedoch selbstverständlich nicht auf die gegabelte Form beschränkt, sondern kann einfach sein.

Jeder der Hauptkanäle 21A und 21B des Wassermantels 21 weist zahlreiche Rippen (Trennwände) W auf, die entlang der Kühlmittelströmungsrichtung angeordnet sind (4). Das Wärmeabsorptionsvermögen ist proportional zur Kontaktfläche der Wärme absorbierenden Fläche. In diesem Beispiel ist jeder der Hauptkanäle 21A und 21B aus einem wabenförmigen Element gebildet, in das die Rippen W integriert sind. Bei dieser Struktur nimmt die Kontaktfläche zwischen der Innenwand des Wassermantels 21 und dem Kühlmittel zu, was zu einer Erhöhung der Effizienz des Wärmeaustauschs führt.

Der Kühlkörper 23 ist aus Aluminium hergestellt, damit er die Wärme auf Seiten der Wärmeabführungsfläche der Peltiervorrichtungen 22-1 bis 22-4 aufnimmt. Um die Kontaktfläche zur umgebenden Atmosphäre zu vergrößern, d. h. um die Wärmeabführfläche zu vergrößern, weist der Kühlkörper 23 Stifte P auf, die jeweils eine hexagonale Prismenform besitzen (5). In 2 ist eine Abdeckung 25 angeordnet, um den Kühlkörper 23 zu schützen und gleichzeitig den Kühlungslüfter 24 anzubringen. Um den Wassermantel 21 ist ein (nicht gezeigtes) wärmeisolierendes Element gewunden. Der Kühlungslüfter 24 führt zwangsweise Wärme von dem Kühlkörper 23 ab.

Wie weiter oben beschrieben worden ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Leistungszufuhr an die erste bis n-te elektronische Kühlvorrichtung auf der Grundlage der Temperatur der Kühlfläche (der Temperatur der Wärmeabführfläche oder der Temperaturdifferenz zwischen der Kühlfläche und der Wärmeabführfläche) der elektronischen Kühlvorrichtung gesteuert, so dass die Temperatur des Kühlmittels, das dem Kissen zugeführt wird, in einem vorgegebenen Bereich gehalten wird. Der Überschuss oder Mangel an Kühlungsvermögen in dem Wärmeübertragungsweg macht sich sofort als Zunahme oder Abnahme der Temperatur der Kühlfläche (der Temperatur der Wärmeabführfläche oder der Temperaturdifferenz zwischen der Kühlfläche und der Wärmeabführfläche) der elektronischen Kühlvorrichtung bemerkbar. Folglich kann eine schnelle Temperatursteuerung ohne jede Verzögerung bei der Anpassung des Kühlungsvermögens in dem Wärmeübertragungsweg durchgeführt werden.

Außerdem werden gemäß der vorliegenden Erfindung das wabenförmige Element mit integrierten Rippen, um die Querschnittsfläche des Kanals zu vergrößern und dementsprechend das Wärmeabsorptionsvermögen zu verbessern, wobei der Kühlkörper Stifte mit einer hexagonalen Prismenform aufweist, um die Wärmeabführtläche zu vergrößern, und der Kühlungslüfter für eine Luft-Zwangskühlung verwendet. Mit dieser Anordnung wird die Effizienz des Wärmeaustauschs auf ein Maximum erhöht. Deshalb kann die Kühltemperatur, die für eine Temperaturanpassung erforderlich ist, genau geliefert werden, so dass eine schnellere Temperatursteuerung durchgeführt werden kann.

Da außerdem gemäß der vorliegenden Erfindung die Kühlmitteltemperatur nicht erfasst werden muss, braucht keine Temperaturerfassungseinheit in dem Rohr angeordnet zu werden. Bei dieser Ausführung kann ein Verstopfen vermieden und eine Abnormität frühzeitig festgestellt werden.

Außerdem kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Effizienz des Wärmeaustauschs entsprechend der Gestalt und der Anordnung des Wärmeübertragungswegs oder des Kühlkörpers auf das Maximum erhöht werden. Folglich braucht die Kühlleistung nicht in unwirtschaftlicher Weise erhöht werden, die Leistungsaufnahme wird niedrig gehalten und das gesamte Gerät kann kompakt und mit geringem Gewicht hergestellt werden.