CN108042200A

CN108042200A - 一种用于医疗冷冻刀的降温系统

Info

Publication number: CN108042200A
Application number: CN201711375686.2A
Authority: CN
Inventors: 雷威; 王芳; 于春雷; 潘全亮; 张蕾; 袁亚周; 刘逸青
Original assignee: Shanghai Zhixin Energy Saving Environmental Protection Co Ltd
Current assignee: Shanghai Zhixin Energy Saving Environmental Protection Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-05-18

Abstract

一种用于医疗冷冻刀的降温系统，包含：氮气罐，用于提供氮气；半导体预冷装置，其入口管路连接氮气罐，出口管路连接节流装置，用于对氮气进行预冷却；节流装置，其入口管路连接半导体预冷装置，出口管路连接冷冻刀，用于对预冷氮气进行节流，降压降温到冷冻刀所需温度；状态监测系统，其用于监测节流装置出口管路处的压力和温度；控制系统，其连接状态监测系统和半导体预冷装置，用于实时调整半导体预冷装置的预冷温度。本发明用半导体制冷来取代传统的压缩式制冷装置，简化了预冷设备、节约空间、无噪音、无污染、移动便捷、维护方便，具有高度的可靠性。

Description

一种用于医疗冷冻刀的降温系统

技术领域

本发明涉及一种用于医疗冷冻刀的降温系统。

背景技术

冷冻疗法(CRYOTHERAPY)，又称为冷冻手术(CRYOSURGERY)或冷消融(CRYOABLATION)，是利用低温工质作用于病变组织，达到治疗目的的治疗方法。上世纪九十年代末以前主要采用液氮冷冻，由于液氮降温速度慢，不能完全杀死肿瘤细胞，冷冻范围不宜控制等原因，使冷冻治疗的应用受到了限制。随着航天技术的发展，将火箭制导技术，也就是氩气的冷隔绝技术，即氩气和氦气在节流后产生的冷效应和热效应，利用冷热交替治疗病变组织的技术应用到医疗领域就产生了氩氦刀。70年代人们直接利用焦耳-汤姆逊制冷效应，制成微型制冷器，其制冷工作物质为高压氮气，它的转换温度高于室温，当高压氮气由进口进入热交换器，通过节流孔节流膨胀而产生降温，降温后的氮气经过回路进入带翅片热交换毛细管的外壁空间，与热交换管内的高压氮气换热，然后由排气口排出。这样就使高压氮气在比以前温度低的状态下节流，节流后的氮气温度变得比以前更低。这个过程不断地进行，使节流后温度越来越低，直到一部分氮气液化而得到77K的低温。传统的冷却方法设备占地大，噪声大，不便于移动和维护。

发明内容

本发明提供一种用于医疗冷冻刀的降温系统，用半导体制冷来取代传统的压缩式制冷装置，简化了预冷设备、节约空间、无噪音、无污染、移动便捷、维护方便，具有高度的可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于医疗冷冻刀的降温系统，包含：

氮气罐，用于提供氮气；

半导体预冷装置，其入口管路连接氮气罐，出口管路连接节流装置，用于对氮气进行预冷却；

节流装置，其入口管路连接半导体预冷装置，出口管路连接冷冻刀，用于对预冷氮气进行节流，降压降温到冷冻刀所需温度；

状态监测系统，其用于监测节流装置出口管路处的压力和温度；

控制系统，其连接状态监测系统和半导体预冷装置，用于实时调整半导体预冷装置的预冷温度。

所述的半导体预冷装置包含：

绝热装置，用于密封隔热；

预冷冷源装置，其嵌设在绝热装置上，一侧接触绝热装置内部，另一侧接触绝热装置外部，用于提供预冷冷源；

螺旋盘管，其设置在绝热装置内部，入口管路连接氮气罐，出口管路连接节流装置，用于传输氮气；

冰河冷媒剂，其填充在绝热装置内部，用于进行热交换，将预冷冷源装置的冷量传递给螺旋盘管内的氮气进行预冷。在本实施例中，该冰河冷媒剂采用乙二醇冷冻液。

所述的半导体预冷装置还包含：增强换热装置，其包含设置在绝热装置内部的搅拌器，以及电性连接搅拌器的电动机，电动机控制搅拌器工作，增加冰河冷媒剂流动，强制换热。

所述的预冷冷源装置包含：

热电堆；

铜板，其设置在绝热装置内部，并接触热电堆，用于在热电堆和冰河冷媒剂之间进行热传导；

散热片，其设置在绝热装置外部，并接触热电堆，用于散热。

所述的热电堆包含：

多个N型半导体和多个P型半导体，所述的N型半导体和P型半导体间隔设置，相邻的N型半导体和P型半导体之间通过金属板串联，P型半导体连接电源正极，N型半导体连接电源负极，用于产生冷量；

在金属板和铜板之间设置导热的电绝缘层，在金属板和散热片之间设置导热的电绝缘层，用于进行冷量或热量的传导。

所述的节流装置包含毛细管结构。

所述的状态监测系统包含：

温度传感器，其设置在节流装置的出口管路上，用于监测温度；

压力传感器，其设置在节流装置的出口管路上，用于监测压力；

状态监测装置，其电性连接温度传感器和压力传感器，用于采集温度传感器和压力传感器的数据。

所述的控制系统包含：

电磁阀，其设置在半导体预冷装置的入口管路上，用于调节流入半导体预冷装置的氮气量；

电流控制器，其电性连接半导体预冷装置的预冷冷源装置，用于调节电流大小，从而调节半导体预冷装置的制冷量；

微处理器，其电性连接状态监测装置、电磁阀和电流控制器，用于根据压力和温度变化来调节降温系统的制冷量。

本发明独创性地采用半导体制冷装置来取代传统的压缩式制冷装置来预冷气体，使用半导体制冷和气体节流制冷联合降温系统来达到所需的低温，并能根据手术需求调节冷冻刀的温度。用半导体制冷来取代传统的压缩式制冷装置，能够简化预冷设备，节约空间。半导体制冷装置由热电堆和导线组成，无任何机械运动部件，实现了微型化、轻量化、无振动、无磨损、长寿命、低噪音、移动便捷，具有高度的可靠性和良好的可维修性，对于环境要求很高的手术室而言，该系统能够很好的解决实际应用中存在的不足。不用制冷剂，对环境没有污染，绿色环保；半导体制冷在工业、医疗卫生、军事等很多方面得到了广泛的应用。因此，在外科治疗逐步微创化的今天，基于半导体制冷装置的冷冻治疗技术必将显示出无限的前景。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于医疗冷冻刀的降温系统的结构示意图。

图2是半导体预冷装置的结构示意图。

图3是预冷冷源装置的结构示意图。

具体实施方式

以下根据图1～图3，具体说明本发明的较佳实施例。

如图1所示，本发明提供一种用于医疗冷冻刀的降温系统，包含：

氮气罐1，用于提供氮气；

半导体预冷装置3，其入口管路连接氮气罐1，出口管路连接节流装置4，用于对氮气进行预冷却；

节流装置4，其入口管路连接半导体预冷装置3，出口管路连接冷冻刀8，用于对预冷氮气进行节流，降压降温到冷冻刀8所需温度；

状态监测系统，其用于监测节流装置4出口管路处的压力和温度；

控制系统，其连接状态监测系统和半导体预冷装置3，用于实时调整半导体预冷装置3的预冷温度。

进一步，如图2和图3所示，所述的半导体预冷装置3包含：

绝热装置301，用于密封隔热；

预冷冷源装置，其嵌设在绝热装置301上，一侧接触绝热装置301内部，另一侧接触绝热装置301外部，用于提供预冷冷源；

螺旋盘管304，其设置在绝热装置301内部，入口管路连接氮气罐1，出口管路连接节流装置4，用于传输氮气；

冰河冷媒剂305，其填充在绝热装置301内部，用于进行热交换，将预冷冷源装置的冷量传递给螺旋盘管304内的氮气进行预冷。在本实施例中，该冰河冷媒剂305采用乙二醇冷冻液。

所述的半导体预冷装置3还包含：增强换热装置，其包含设置在绝热装置301内部的搅拌器303，以及电性连接搅拌器303的电动机302，电动机302控制搅拌器303工作，增加冰河冷媒剂305流动，强制换热。

所述的预冷冷源装置进一步包含：

热电堆308；

铜板307，其设置在绝热装置301内部，并接触热电堆308，用于在热电堆和冰河冷媒剂之间进行热传导；

散热片306，其设置在绝热装置301外部，并接触热电堆308，用于散热。

如图3所示，所述的热电堆308包含：多个N型半导体3084和多个P型半导体3083，所述的N型半导体3084和P型半导体3083间隔设置，相邻的N型半导体3084和P型半导体3083之间通过金属板3082串联，P型半导体连接电源正极，N型半导体连接电源负极，在通电下，自由电子移动，一端产生热量，另一端产生冷量；为了达到一定的制冷量，利用金属板串联P型半导体、N型半导体，根据设计的预冷温度，设计串联数量；

在金属板3082和铜板307之间设置导热的电绝缘层3081，在金属板3082和散热片306之间设置导热的电绝缘层308，金属板汇聚热量或冷量，通过导热的电绝缘层与铜板307进行冷量交换，而另一端通过导热电绝缘层与散热片306进行热量交换。

所述的节流装置4包含具有一定长度的毛细管。

所述的状态监测系统包含：

温度传感器11，其设置在节流装置4的出口管路上，用于监测温度；

压力传感器5，其设置在节流装置4的出口管路上，用于监测压力；

状态监测装置6，其电性连接温度传感器11和压力传感器5，用于采集温度传感器11和压力传感器5的数据。

所述的控制系统包含：

电磁阀2，其设置在半导体预冷装置3的入口管路上，用于调节流入半导体预冷装置3的氮气量；

电流控制器9，其电性连接半导体预冷装置3的预冷冷源装置，用于调节电流大小，从而调节半导体预冷装置3的制冷量；

微处理器7，其电性连接状态监测装置6、电磁阀2和电流控制器9，用于根据压力和温度变化来调节降温系统的制冷量。

本发明的工作原理如下：

氮气罐1提供高压氮气，高压氮气进入半导体预冷装置3，预冷冷源装置的冷量传递给冰河冷媒剂305，冰河冷媒剂305与螺旋盘管304内的氮气进行热交换，对氮气进行预冷却，使高压氮气在比以前温度低的状态下进入节流装置4降压降温，节流后的氮气温度变得比以前更低，达到冷冻刀8所需温度。状态监测装置6实时采集节流装置4出口管路处温度传感器11和压力传感器5获取的数据，通过通讯线传递给微处理器7，微处理器7对数据进行处理、分析或人工设定冷冻刀8温度，调节电磁阀2开度，增加或降低氮气流量，同时微处理器7控制电流控制器9调节电流大小，增大或降低电流，进而增大或降低半导体预冷装置3的制冷量，控制高压氮气预冷后温度。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，包含：

氮气罐（1），用于提供氮气；

半导体预冷装置（3），其入口管路连接氮气罐（1），出口管路连接节流装置（4），用于对氮气进行预冷却；

节流装置（4），其入口管路连接半导体预冷装置（3），出口管路连接冷冻刀（8），用于对预冷氮气进行节流，降压降温到冷冻刀（8）所需温度；

状态监测系统，其用于监测节流装置（4）出口管路处的压力和温度；

控制系统，其连接状态监测系统和半导体预冷装置（3），用于实时调整半导体预冷装置（3）的预冷温度。

2.如权利要求1所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的半导体预冷装置（3）包含：

绝热装置（301），用于密封隔热；

预冷冷源装置，其嵌设在绝热装置（301）上，一侧接触绝热装置（301）内部，另一侧接触绝热装置（301）外部，用于提供预冷冷源；

螺旋盘管（304），其设置在绝热装置（301）内部，入口管路连接氮气罐（1），出口管路连接节流装置（4），用于传输氮气；

冰河冷媒剂（305），其填充在绝热装置（301）内部，用于进行热交换，将预冷冷源装置的冷量传递给螺旋盘管（304）内的氮气进行预冷。

3.如权利要求2所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的半导体预冷装置（3）还包含：增强换热装置，其包含设置在绝热装置（301）内部的搅拌器（303），以及电性连接搅拌器（303）的电动机（302），电动机（302）控制搅拌器（303）工作，增加冰河冷媒剂（305）流动，强制换热。

4.如权利要求2所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的预冷冷源装置包含：

热电堆（308）；

铜板（307），其设置在绝热装置（301）内部，并接触热电堆（308），用于在热电堆和冰河冷媒剂之间进行热传导；

散热片（306），其设置在绝热装置（301）外部，并接触热电堆（308），用于散热。

5.如权利要求4所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的热电堆（308）包含：多个N型半导体（3084）和多个P型半导体（3083），所述的N型半导体（3084）和P型半导体（3083）间隔设置，相邻的N型半导体（3084）和P型半导体（3083）之间通过金属板（3082）串联，P型半导体连接电源正极，N型半导体连接电源负极，用于产生冷量；

在金属板（3082）和铜板（307）之间设置导热的电绝缘层（3081），在金属板（3082）和散热片（306）之间设置导热的电绝缘层（3081），用于进行冷量或热量的传导。

6.如权利要求1所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的节流装置（4）包含毛细管结构。

7.如权利要求1所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的状态监测系统包含：

温度传感器（11），其设置在节流装置（4）的出口管路上，用于监测温度；

压力传感器（5），其设置在节流装置（4）的出口管路上，用于监测压力；

状态监测装置（6），其电性连接温度传感器（11）和压力传感器（5），用于采集温度传感器（11）和压力传感器（5）的数据。

8.如权利要求7所述的用于医疗冷冻刀的降温系统，其特征在于，所述的控制系统包含：

电磁阀（2），其设置在半导体预冷装置（3）的入口管路上，用于调节流入半导体预冷装置（3）的氮气量；

电流控制器（9），其电性连接半导体预冷装置（3）的预冷冷源装置，用于调节电流大小，从而调节半导体预冷装置（3）的制冷量；

微处理器（7），其电性连接状态监测装置（6）、电磁阀（2）和电流控制器（9），用于根据压力和温度变化来调节降温系统的制冷量。