Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Thermostatisierung einer strömenden Flüssigkeit. Der Flüssigkeitsstrom soll entweder auf eine vorbestimmbare Temperatur erwärmt oder gekühlt werden.

Eine derartige Forderung tritt zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik auf, wenn gewisse Eigenschaften des Blutes und der Blutgefässe bestimmt werden sollen, indem das Verhalten der Blutung aus einer standardisierten Wunde beobachtet wird. Dieses "Hämorrhagometrie" genannte diagnostische Verfahren ist zum Beispiel in der Veröffentlichung von A. H. Sutor u. a. "Bleeding from standardized skin punctures", erschienen in American Journal of Clinical Pathology, Vol. 55 (1971), Seite 541 ... 550, sowie in dem Bericht von A. H. Sutor "Die Hämorrhagometrie. Eine neue In-vivo-Methode der Blutungsmessung", erschienen in "Blut, Zeitschrift für die gesamte Blutforschung", Band 32, Heft 3, Seite 157 ... 162, beschrieben. Vor allem geht es der Hämmorrhagometrie um die Bestimmung der Blutungszeit und damit der Blutgerinnungsfähigkeit. Die Wundtemperatur hat dann einen bedeutenden Einfluss. Man kann den diagnostischen Informationsumfang durch Herbeiführung bestimmter, vom normalen Wert abweichender Wundtemperaturen beträchtlich erweitern. Man macht dazu von einer Spülflüssigkeit Gebrauch, die durch eine über die Wunde gesetzte Durchflussküvette geleitet wird und deren Temperatur zwischen 5° C und 50° C auf bestimmte Werte einstellbar sein soll. Man kann dann auch einen sogenannten Kältebelastungstest oder eine Wärmelysiszeitbestimmung durchführen, deren diagnostische Bedeutung in der zweiten der genannten Veröffentlichungen angegeben ist. Die Vorrichtung gemäss der Erfindung kann somit für die Thermostatisierung der Spülflüssigkeit auf eine bestimmte einstellbare Temperatur vorteilhaft benutzt werden.

In den Anwendungsfällen, wo bislang die Temperatur einer strömenden Flüssigkeit auf einem bestimmten Wert gehalten werden sollte, benutzte man - soweit bekannt - die käuflichen Thermostaten, in welchen ein bestimmtes Volumen der Flüssigkeit durch Erwärmen oder übliche Kühlmassnahmen auf dem gewünschten Temperaturwert gehalten wurde.

Da oft längere Schlauch- oder Rohrleitungen bis zur Einsatzstelle des Flüssigkeitsstroms bei dem bekannten Verfahren benutzt werden mussten, konnten auf dem Förderwege für die Flüssigkeit leicht wesentliche Temperaturänderungen eintreten, die dann die Messungen unzuverlässig machten. Ausserdem war der erforderliche Energieaufwand im Thermostat oft vergleichsweise beträchtlich, weil ein grösseres Volumen der Flüssigkeit ständig auf der gewünschten Temperatur gehalten werden musste.

Die Erfindung ergab sich somit aus der Aufgabenstellung, eine in einer Rohr- oder Schlauchleitung strömende Flüssigkeit genau auf einer vorwählbaren Temperatur zu halten, die von der normalen Körper- oder Umgebungstemperatur wesentlich abweichen kann, dafür aber nur eine verhältnismässig kleine Flüssigkeitsmenge zu benötigen, damit Abweichungen von der gewünschten Temperatur sehr rasch ausgeglichen werden können. Dadurch sollte nicht nur der Energiebedarf für die Thermostatisierung wesentlich im Vergleich zu vorher verringert, sondern auch die Möglichkeit eröffnet werden, diesen Feinregler für die Temperatur des geförderten Flüssigkeitsstromes unmittelbar an der Einsatzstelle der Flüssigkeit anzuordnen, gegebenenfalls bei einer Messvorrichtung, wie im Falle der Hämorrhagometrie, gemeinsam mit deren anderen Organen in einem gemeinsamen Gehäuse zu vereinigen. Diese neue Vorrichtung sollte deshalb einen vergleichsweise leichten, raumsparenden Aufbau haben, leicht zu reinigen und besonders für den beschriebenen Anwendungsfall gut sterilisierbar sein. Schliesslich soll die Temperaturregelung bzw. -steuerung einen geringen technischen Aufwand erfordern.

Die Vorrichtung, die diesen Forderungen genügt, ist mit den Ansprüchen gekennzeichnet. Sie umfasst als wesentliche Teile ein Peltier-Element und zwei Wärmeaustauscher, die in engstem wärmeleitenden Kontakt zur Wärmesenke bzw. zur Wärmequelle des Peltier-Elementes angeordnet sind, und von welchen einer von der zu thermostatisierenden Flüssigkeit (Spülflüssigkeit) und der andere von einer Hilfsflüssigkeit durchspült wird, die eine Vorkühlung bzw. Vorerwärmung liefert, dergegenüber das Peltier-Element die Temperatur der Spülflüssigkeit im Hauptaustauscher genau auf den gewünschten Wert einregelt. Des weiteren umfasst die Vorrichtung einen Temperaturfühler für die Temperatur der zu thermostatisierenden Flüssigkeit, der über eine zugeordnete Regelschaltung den Speisestrom für das Peltier-Element steuert, und schliesslich die notwendigen Anschlüsse für die zu thermostatisierende Flüssigkeit und die Hilfsflüssigkeit.

Mit der Thermostat-Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung werden somit die oben angegebenen Ziele erreicht. Sie erlaubt vor allem eine kleine, raumsparende Ausbildung des Thermostaten. Dieser kann Abweichungen von der gewünschten Temperatur des durch ihn geförderten Flüssigkeitsstromes raschestens ausgleichen, und er kann unmittelbar an der Einsatzstelle der thermostatisierten Flüssigkeit angeordnet oder dort mit anderen Messorganen zu einem kompakten Gerät vereinigt werden. Zur weiteren Beschreibung der Erfindung werden Zeichnungen herangezogen. Figur 1 zeigt schematisch den Einbau der Vorrichtung zur Thermostatisierung gemäss der Erfindung in eine Messanordnung für die Hämorrhagometrie. Figur 2 zeigt in Ansicht bzw. teilweise in Durchsicht eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Thermostatisierung der Spülflüssigkeit für ein Hämorrhagometer sind die wesentlichen Teile in einem zylindrischen Gehäuse 1 untergebracht. Die zu thermostatisierende Spülflüssigkeit wird durch eine Zuflussleitung 10 in den Hauptaustauscher 4 eingeleitet und durch die Abflussleitung 11 wieder hinausbefördert, zum Beispiel mittels einer geeigneten Flüssigkeitsförderpumpe 22 gemäss Figur 1. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen Hilfsaustauscher 7, über welchen eine Hilfsflüssigkeit durch die Zuleitung 7 a und die Ausflussleitung 7 b gefördert wird. Diese Hilfsflüssigkeit soll durch geeignete, hier nicht zu betrachtende Mittel, zum Beispiel durch elektrische Heizung oder elektrische Kühlung, auf einer Temperatur gehalten werden, der gegenüber das Peltier-Element 6 der Vorrichtung die Feinregelung der Temperatur für die Spülflüssigkeit übernimmt, was keineswegs bedeuten muss, dass nur noch ein geringer Unterschied zum gewünschten Wert der Temperatur ausgeglichen werden kann. Dieses Peltier-Element ist zwischen dem Hauptaustauscher 4 und dem Hilfsaustauscher 7 angeordnet, und zwar derart, dass der eine Austauscher mit der Wärmesenke des Peltier-Elementes und der andere Wärmeaustauscher mit der Wärmequelle des Peltier-Elementes einen möglichst guten wärmeleitenden Kontakt haben, die Austauscher also das Peltier-Element möglichst grossflächig, unmittelbar berühren. Dies gelingt am besten, wenn die beiden Austauscher 4 und 7 und das Peltier-Element 6 eine scheibenförmige flache Form haben, wie die Figur zeigt. Bekanntlich ist ein Peltier-Element aus zwei metallischen Leitern zusammengesetzt, zwischen denen sich ein Temperaturgefälle herausbildet, wenn ein elektrischer Strom durch diese Leiter und ihre Verbindungsstelle hindurchgeschickt wird. Der eine metallische Leiter stellt daher eine Wärmesenke dar, der andere Leiter eine Wärmequelle. Kehrt man die Stromrichtung um, tauschen sich auch die Quelle und die Senke aus.

Ist also in der gezeigten Ausführungsform die Spülflüssigkeit zum Beispiel zu kühlen, dann ist ein elektrischer Strom durch das Peltier-Element 6 über seine Zuleitungen 6 a und 6 b derart zu führen, dass der mit dem Hau^ptaustauscher 4 in wärmeleitendem Kontakt stehende metallische Leiter eine Wärmesenke wird und der andere Leiter, der mit dem Hilfsaustauscher 7 in Kontakt steht, als Wärmequelle wirkt. Wird die durch den Hilfsaustauscher 7 geleitete Hilfsflüssigkeit geeignet vorgekühlt, dann braucht die vom Peltier-Element gezeigte Temperaturdifferenz für eine Feinregelung nur noch klein zu sein. Aber auch ein verhältnismässig grosser Temperaturunterschied von mehreren Zehnergraden Celsius könnte dabei bestehen und vom Peltier-Element bewältigt werden. Die durch den Hilfsaustauscher 7 fliessende Hilfsflüssigkeit dient letzten Endes entweder im Falle der erforderlichen Kühlung der Spülflüssigkeit zur Abführung der überflüssigen Wärme bzw. bei notwendiger Erwärmung der Spülflüssigkeit zur Zuführung einer zusätzlichen Wärmemenge. Die Temperatur der Hilfsflüssigkeit kann deshalb in beiden Fällen höher oder tiefer liegen als die gewünschte Temperatur der Spülflüssigkeit. Die erforderliche Temperaturkorrektur wird in jedem Falle vom Peltier-Element bewirkt.

Grundsätzlich handelt es sich also um eine Vorrichtung zur Temperaturregelung, bei welcher die Temperatur der den Hauptaustauscher 4 verlassenden Spülflüssigkeit die Regelgrösse darstellt, der Hauptaustauscher die Regelstrecke, der zur Speisung des Peltier-Elementes 6 dienende elektrische Strom die Stellgrösse,und wozu noch der Regler 12 für den Peltierstrom benötigt wird. Die Stellgrösse für den Regler wird von einem Temperaturfühler 8 geliefert, beispielsweise ein Thermoelement, der im Hauptaustauscher 4 möglichst dicht an der Ausflussleitung 11 a für die Spülflüssigkeit angeordnet ist, damit er die Temperatur der ausfliessenden Spülflüssigkeit messen kann. Der Regler 12 für den Peltierstrom ist in Figur 1 schematisch angedeutet. Zum Wählen des gewünschten Temperaturwertes dient der Schalter 25. Über den Leitungsanschluss 24 erhält der Regler 12 den Speisestrom für seine Organe und für das Peltier-Element 6. Der Temperaturfühler 8 ist mit dem Regler 12 über die Leitungen 8 a, 8 b verbunden. Die beschriebene Vorrichtung könnte selbstverständlich auch dann arbeiten, wenn die Funktionen des Hauptaustauschers 4 und des Hilfsaustauschers 7 vertauscht werden. Der Temperaturfühler müsste dann aber bei der Ausflussleitung 7 b des Hilfsaustauschers angeordnet sein.

Es ist zweckmässig, vor allem die Spülflüssigkeit möglicht unter Ausnutzung einer Art Gegenstromwirkung durch den Hauptaustauscher 4 zu führen. Dazu mündet der Zufluss 10 a am äusseren Rande des scheibenförmigen Hauptaustauschers 4, und die Wärmeaustauschleitung in Form einer Kühlschlange oder Wärmeschlange 9 ist spiralig von aussen nach innen bis zur Achse des Hauptaustauschers 4 geführt, wo sie an die Abflussleitung 11 a angeschlossen ist. Im Laufe des Durchflusses durch diese Wärmeaustauschschlange erhält dann die Spülflüssigkeit durch den Kontakt mit dem Peltier-Element allmählich die gewünschte Temperatur, mit der sie die Vorrichtung verlässt. Für die Vorrichtung ist es daher günstige wenn die scheibenförmigen Austauscher 4 und 7 und das scheibenförmige Peltier-Element 6 koaxial zu ihrer gemeinsamen Scheibenachse angeordnet sind.

Eine fertigungstechnisch und für die Reinigung zweckmässige Gestaltung erreicht man, wenn die spiralförmige Wärmeaustauschleitung 9 von einer spiraligen Nute in der freien Oberfläche des Hauptaustauschers 4 gebildet wird. Da die einzelnen Spirallagen aber gegenseitig abgedichtet sein sollen, dient dazu der zylindrische Verschlusskörper 3, der auf der Seite des Hauptaustauschers in das Gehäuse 1 einsetzbar ist und dessen innere Stirnfläche bei Berührung mit der freien Oberfläche des Hauptaustauschers 4 mit dieser fluchtet und somit die einzelnen Arme der spiraligen Nute gegeneinander abdichtet. Bei dieser Ausbildung sind zweckmässig die Anschlüsse 10 a und 11 a für den Zufluss und den Abfluss der Spülflüssigkeit in den Verschlusskörper 3 eingearbeitet, so dass bei einem richtigen Einsetzen des Verschlusskörpers unmittelbar die Verbindung zwischen der Wärmeaustauschleitung 9 und den genannten Anschlussleitungen hergestellt wird. Das winklrichtige Einsetzen des Verschlusskörpers in das Gehäuse kann durch eine geeignete Führung erzwungen werden, zum Beispiel durch eine Nokkenführung. Der Verschlusskörper soll im Gehäuse einen gut passenden, wenigstens flüssigkeitsdichten Sitz haben, damit die zu thermostatisierende Spülflüssigkeit nicht teilweise beim Durchfluss durch den Austauscher (4) verlorengeht.

Die Wärmeaustauschleitung (9) kann auch von einem Schlauch, vorzugsweise aus Silikon-Kautschuk, gebildet werden, der in die spiralförmige Nute (9) in der freien Oberfläche des Hauptaustauschers (4) eingelegt ist. Dadurch wird ein direkter Flüssigkeitskontakt mit dem Austauscher auf die beiden Anschlussstellen reduziert und eher eine ungestörte Strömung der Spülflüssigkeit er-zielt, was gerade bei dem eingangs beschriebenen diagnostischen Messverfahren (Hämorrhagometrie) von Vorteil ist.

Um bei dieser Ausführungsform die Kopplung der Anschlussleitungen 10 und 11 für den Zufluss und Abfluss der Spülflüssigkeit mit den Anschlusskanälen 10 a und 11 a im Verschlusskörper 3 zu gewährleisten, kann noch ein besonderes Kopplungsstück in Form eines Steckers vorgesehen sein, der durch die Öffnung 1 a in eine Vertiefung am Mantel des Verschlusskörpers zu setzen ist, in welche die Anschlusskanäle 10 a und 11 a münden.

Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Thermostatisierung eignet sich besonders zum Einsatz in Geräten zur Hämorrhagometrie. Dabei ist, wie Figur 1 schematisch veranschaulicht, ein verhältnismässig kleiner, mengenmässig aber genau bestimmter Strom einer Flüssigkeit, hier destilliertes Wasser, über eine kleine, zum Beispiel am Arm 26 der zu untersuchenden Person mitels eines Schneppers angebrachte, in bezug auf Grösse und Tiefe standardisierte Wunde zu leiten. Mittels eines Photometers 23 wird dann der Gehalt an mitgespültem Blut über eine gewisse Zeitdauer messend verfolgt und vor allem die Blutungszeit und das Blutungsverhalten festgestellt. Diese Kriterien sind diagnostisch höchst bedeutsam. Die Messeinrichtung für die Hämorrhagometrie umfasst einen Vorratsbehälter 20 für das destillierte Wasser, das daraus mittels einer kleinen Flüssigkeitspumpe 22, zum Beispiel einer Schlauchpumpe, in bestimmten Mengen pro Zeiteinheit abgesaugt und über die Abflussleitung 10 dem Hauptaustauscher 4 des Thermostaten gemäss der Erfindung zugeleitet wird. Dort erhält der wasserstrom laufend die vorgeschriebene bestimmte Temperatur und wird dann der Durchflussküvette 21 zugeleitet, die auf der Wunde angebracht wird, wobei jedoch der Durchflusskanal zur Wunde hin offen ist. Zwischen der Durchflussküvette und dem Photometer, das zur photometrischen Bestimmung des Blutgehaltes im Flüssigkeitsstrom dient, ist die Förderpumpe 22 angeordnet. Zweckmässig werden der Vorratsbehälter 20 für das destillierte Wasser, der Thermostat ₁, 4, die Förderpumpe 22 und das Photometer 23 und die anderen hier nicht näher zu kennzeichnenden Organe der Messvorrichtung mit Ausnahme der Durchflussküvette 21 in einem einzigen Gehäuse untergebracht bzw. zu einem Kompaktgerät zusammengefasst. Die Durchflussküvette 21 ist mit einer Zuflussleitung und einer Abflussleitung 27 an dieses Kompaktgerät angeschlossen. Analog wird auch der Hilfsaustauscher 7 mit der Hilfsflüssigkeit gespeist.

Der erfindungsgemässe Thermostat hat den besonders für medizinische Anwendungen wichtigen Vorzug, dass er klein und leicht ist und die genaue Thermostatisierung auch sehr kleiner strömender Flüssigkeitsmengen erlaubt, wie dies zum Beispiel bei der Hämorrhagometrie der Fall ist.