CN101322659A

CN101322659A - 一种冷冻治疗仪的低温预冷系统

Info

Publication number: CN101322659A
Application number: CNA2007100694031A
Authority: CN
Inventors: 何勤跃; 潘富金; 慎马龙; 徐国平; 洪国民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2008-12-17

Abstract

本发明公开了一种冷冻治疗仪的低温预冷系统，其关键是采用单压缩机混合工质低温制冷系统作为冷冻治疗仪中手术工作气体的预冷系统，该系统主要是由压缩机1、冷凝器2、油分离器4、汽液分离器5及热交换器6、过滤器7、节流装置13、15、蒸发器8、冷冻介质9和冷冻介质容器16、压力调节装置14及管路循环系统中的混合工质构成。本发明的提出使冷冻治疗仪使用常温高压氮气作为手术工作气体成为可能，而且该系统结构精简、体积小、制冷量大、使用成本低且便于与冷冻治疗仪的其他元件配合。

Description

一种冷冻治疗仪的低温预冷系统

技术领域

本发明涉及一种低温制冷系统，尤其是一种冷冻治疗仪的低温预冷系统。

背景技术

低温外科(cryosurgery)，又称冷冻治疗，它指利用低温器械，有控制的使病灶组织经历降温、冻结及复温从而造成不可逆损伤以致坏死的一门临床医学。因此，低温外科手术是治疗肿瘤相当有效的一种方法。它可代替手术，不但创伤微小，而且具有麻醉镇痛、减少出血、反应轻以及防止肿瘤扩散等优点。肿瘤的冷冻治疗是将能单独控制的安装有温差电偶的数支探针插入肿瘤部位，然后在探针头部施以低温将肿瘤杀死。冷冻治疗肿瘤的基本原理是，细胞内冰晶形成和冰晶的机械性损伤，细胞脱水和皱缩，细胞电解质毒性浓缩和PH值改变，细胞膜脂蛋白成分变性，血流淤积和微血检形成。此外，冷冻的作用还可能与免疫有关。目前应用于冷冻治疗主要有两种系统：液氮系统和氩氦系统。液氮制冷系统是利用物质由液体变成气体时需要吸收大量气化潜热的原理来使组织温度迅速降低。手术中将液氮通入冷冻探针内，当其接触组织时气化吸热，即可使治疗探针的温度迅速降低，使组织快速降温、冻结，然后在探针内通以常温或加热的空气使组织复温，经过多次冻融循环将肿瘤杀死。氩氦系统是利用气体的绝热节流效应完成降温和复温的治疗过程，压力较高的气体流经小孔绝热节流时，随着压力的下降温度往往会发生变化，有些气体温度下降，而有些气体温度上升，绝热节流效应也称为焦耳汤姆逊效应。当冷刀内循环氩气时，氩气在刀尖急速膨胀，在很短的时间内达到-140℃度冷冻病变组织。复温时，氦气在刀尖急速膨胀，急速加热处于超低温状态的病变组织，冷热交替使肿瘤细胞破裂死亡。

氩氦系统具有优异的快速冷冻性能，但也存在一定不足，如：(1)降温和升温只取决于气体压差，随着气体的消耗，制冷性能降低。(2)氩气的工作压力高，因此对整个系统的安全性要求高，而且运输较麻烦。(3)氩气为稀有气体，成本高。(4)高压氩气(40MPa)不易获得，仅局限在极少城市，限制了氩氦系统的推广。

而对于液氮系统未说，其最大的优点是能提供更低的制冷温度，但它的缺点是：(1)由于液氮的温度(-196℃)较低，需要对冷冻探针后段进行真空热绝缘，以避免冻伤健康组织，导致冷冻探针的直径较大。(2)液氮输送管路由于要设计热绝缘层，直径大，而且在手术过程中由于低温会有一定程度的僵硬，不利于医生使用。(3)冷冻探针手柄手术过程中温度较低，医生握持不便。

发明内容

本发明的目的是针对现有液氮系统和氩氦系统中的制冷机理及装备存在的问题，提出一种新型的冷冻治疗仪中的低温预冷系统。该低温预冷系统的应用，能使冷冻治疗仪采用5-10MPa的常温氮气作为手术工作气体，避免了氩氦系统中高压氩气(40MPa)的高成本、难获得、运输困难等问题，也克服了低温液氮的输送所造成的刀径大、输送管路粗等不足。

本发明是这样实现的：采用单压缩机混合工质低温制冷系统作为冷冻治疗仪中手术工作气体的预冷系统，该系统主要由压缩机、冷凝器、油分离器、汽液分离器及热交换器、过滤器、节流装置、蒸发器、冷冻介质和冷冻介质容器、压力调节装置及管路循环系统中的混合工质构成。为达到冷冻治疗所需的低温温区，本发明采用混合工质的自然复叠低温制冷原理，采用多次分离，多级复叠制冷循环。混合工质经压缩机压缩变成高压混合气体，经过冷凝器、防露管和油分离器后，混合气体进入汽液分离器和逆流热交换器，在次混合工质经过多次分离和热交换，达到逐步液化分离的目的，最后仅低沸点工质通过过滤器，经节流装置进入蒸发器。蒸发器出来的低沸点组份经过多级热交换器汇同其它沸点的工质返回压缩机。蒸发器冷却冷冻介质容器内的冷冻介质，浸没在冷冻介质中的氮气管路与冷冻介质热交换，将流经氮气管路的高压氮气冷却，从而达到氮气预冷的目的。本发明的提出使冷冻治疗仪使用常温高压氮气作为手术工作气体成为可能。常温高压氮气首先通过本发明进行预冷获得温度较低(-100℃以下)的高压氮气，低温高压氮气在冷冻治疗仪冷刀的刀尖再通过节流效应，使刀尖温度进一步下降，迅速达到治疗所需之低温。本发明的结构精简、体积小、制冷量大、使用成本低且便于与冷冻治疗仪的其他元件配合。

附图说明

图1是本发明冷冻治疗仪的低温预冷系统的结构示意图。

具体实施方式

结合图1，一种采用单压缩机混合工质低温制冷系统作为冷冻治疗仪中手术工作气体的低温预冷系统，该系统是由压缩机1、冷凝器2、防露管3、油分离器4、汽液分离器5、换热器6、蒸发节流装置7、蒸发器8、冷冻介质9、热交换装置10、氮气进口11、氮气出口12、蒸发节流装置13、压力调节系统14、多级节流装置15以及冷冻介质容器16及管路循环系统中的混合工质构成。其中换热器6是一种多级逆流换热器，其级数一般在3-8级之间。而节流装置15与多级逆流换热器匹配也是一种多级节流装置。混合工质经压缩机1压缩变成高压混合气体，经过冷凝器2、防露管3后，通过油分离器4将大部分压缩机油分离回到压缩机，混合工质通过多级汽液分离器5与多级逆流换热器6将工质分离，液化部分工质通过多级节流装置15进入各自逆流热交换器6，充分换热后，低沸点工质经过过滤器7过滤后通过蒸发节流装置13进入蒸发器8，再由蒸发器8回到压缩机1从而完成整个循环。压力调节系统14调节系统运行压力，确保系统稳定运行。在氮气冷却方面，在蒸发器8外部安装有一个冷冻介质容器16，里面充满低熔点的冷冻介质9，蒸发器8蒸发后制冷然后通过热传递，首先对冷冻介质9进行制冷，使冷冻介质降到一定低温，冷冻介质容器16里面安装一个与制冷系统完全独立的热交换装置10，当高压常温氮气从氮气进口11进入热交换装置10后，高压常温氮气通过热交换装置10与冷冻介质进行热交换，然后使氮气出口12出来的氮气变成高压低温氮气，再通过冷冻治疗仪器进入刀头，从而达到预期效果。本发明的特点在于使用一种低融点物质乙醇作为冷冻介质，高压氮气冷却的冷量主要由冷冻介质固液转化时吸收的潜热提供，由于冷冻介质融解时，融解温度基本为恒定，且潜热较大，可以给高压氮气提供比较稳定且持续的低温环境，保证了肿瘤治疗冷冻治疗仪器的刀头比较恒定的低温。即便制冷机停止工作，也能够给高压氮气提供足够的冷量。

混合工质由高沸点制冷剂、中沸点制冷剂、中低沸点制冷剂、低沸点制冷剂组成。其中高沸点制冷剂由R600、R134a、R142b、R290或者为该物质中的任2至4种混合物组成；中沸点制冷剂由R23、R170、R508a、R508b、R116或者为该物质中的任2至5种混合物组成；中低沸点制冷剂由R1150、R14、R170或其混合物组成、低沸点制冷剂由R50、R740、R728或其混合物组成。

冷冻介质容器16是由耐腐蚀材料不锈钢材料做成，成圆柱形状。在容器的顶部有：蒸发器入口，蒸发器出口，高压氮气入口、高压氮气出口、冷冻介质入口及传感器连接口构成的进出口总成。所述蒸发器8是一个多圈盘管式结构，浸没在冷冻介质容器16的冷冻介质9中，高压氮气管路为一跟或多跟细小金属管，盘在蒸发器的四周，与蒸发器一起浸泡在装满冷冻介质9的冷冻介质容器16中。

Claims

1、一种冷冻治疗仪的低温预冷系统，其特征在于：采用单压缩机混合工质低温制冷系统作为冷冻治疗仪中手术工作气体的预冷系统，该系统主要是由压缩机(1)、冷凝器(2)、油分离器(4)、汽液分离器(5)及热交换器(6)、过滤器(7)、节流装置(13)、(15)、蒸发器(8)、冷冻介质(9)和冷冻介质容器(16)、压力调节装置(14)及管路循环系统中的混合工质构成。

2、根据权利要求1所述的一种冷冻治疗仪器的低温预冷系统，其特征在于：所说的冷冻介质(9)是乙醇。

3、根据权利要求1所述的一种冷冻治疗仪器的低温预冷系统，其特征在于：所说的混合工质由高沸点制冷剂、中沸点制冷剂、中低沸点制冷剂、低沸点制冷剂组成，其中高沸点制冷剂由R600、R134a、R142b、R290或者为该物质中的任2至4种混合物组成；中沸点制冷剂由R23、R170、R508a、R508b、R116或者为该物质中的任2至5种混合物组成；中低沸点制冷剂由R1150、R14、R170或其混合物组成、低沸点制冷剂由R50、R740、R728或其混合物组成。

4、根据权利要求1所述的一种冷冻治疗仪器的低温预冷系统，其特征在于：所说的热交换器(6)是一种多级逆流换热器，其级数在3-8级之间。