CN108670400A - 一种冷冻探头及具有该探头的冷冻外科器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷冻探头及具有该探头的冷冻外科器械，该冷冻探头包括外壳、制冷剂输送管，其中，所述外壳具有闭合远端和开放近端，其中，所述闭合远端形成膨胀腔，所述开放近端用于制冷剂的流入和流出；所述制冷剂输送管沿所述外壳的轴向设置，以输出制冷剂至所述膨胀腔；所述制冷剂输送管与所述外壳间的回流路径自所述膨胀腔依次配置为：两相分离段，具有形成离心分离作用力的螺旋分离通道；两相隔离段，具有内外嵌套设置的至少两层回流通道，相邻两层间不透流体。本发明能够保持制冷剂中的液相部分与外壳内表面充分接触进行相变吸热，从而总体上可大大提高热交换效率。

Description

一种冷冻探头及具有该探头的冷冻外科器械

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种冷冻探头及具有该探头的冷冻外科器械。

背景技术

现有的微创冷冻外科手术治疗，大多利用冷冻探头向患者的患部输送低温介质，以通过液态制冷剂的吸热蒸发带走组织热量，从而破坏异常细胞组织达到治疗目的。

实际应用中，液态制冷剂输送至冷冻探头的膨胀腔，液态制冷剂“沸腾”吸热，由于制冷剂的输送管道存在不可避免的漏热损失，因此，输送至冷冻探头膨胀腔的制冷剂将呈现气液两相流体的形式。受现有冷冻探头自身结构的限制，自膨胀腔返回的制冷剂在没有特殊结构的情况下，探头外壳内的两相制冷剂无法有效分离。

众所周知，气液两相制冷剂对冷冻探头的热交换过程不同的，其中，气相制冷剂与探头的热交换主要方式对流换热，而液相制冷剂与探头的热交换主要为相变换热；显然，相变换热的效率高于对流换热的效率。特别是，液氮作为制冷剂将产生被称为“蒸汽屏蔽效应”的氮气气垫而与固态的较热表面相互作用，由此大幅降低热交换的效率。

有鉴于此，亟待针对现有冷冻探头进行优化设计，以在满足治疗过程中换热需求的基础上，能够有效提高热交换效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种冷冻探头及具有该探头的冷冻外科器械，该冷冻探头能够保持制冷剂中的液相部分与外壳内表面充分接触进行相变吸热，以提高热交换效率。

本发明提供的冷冻探头，包括外壳、制冷剂输送管，其中，所述外壳具有闭合远端和开放近端，其中，所述闭合远端形成膨胀腔，所述开放近端用于制冷剂的流入和流出；所述制冷剂输送管沿所述外壳的轴向设置，以输出制冷剂至所述膨胀腔；所述制冷剂输送管与所述外壳间的回流路径自所述膨胀腔依次配置为：两相分离段，具有形成离心分离作用力的螺旋分离通道；两相隔离段，具有内外嵌套设置的至少两层回流通道，相邻两层间不透流体。

优选地，至少两层所述回流通道分别配置为螺旋导流通道。

优选地，所述两相隔离段的通流截面积为所述制冷剂输送管的通流截面积的1.2～2倍。

优选地，每层所述回流通道均设置有形成所述螺旋导流通道的第一螺旋导流件，每个所述第一螺旋导流件分别固定设置在所述制冷剂输送管外壁、形成至少两层所述回流通道的至少一个分隔件及所述外壳内壁之间。

优选地，所述回流路径的两相分离段设置有形成所述螺旋分离通道的第二螺旋导流件，所述第二螺旋导流件固定设置在所述外壳与所述制冷剂输送管之间。

优选地，所述第一螺旋导流件和第二螺旋导流件均为螺旋叶片；沿制冷剂的回流方向，所述第二螺旋导流件的尾端与所述第一螺旋导流件的首端固定连接，且连接处平坦过渡。

优选地，所述第一螺旋导流件、所述第二螺旋导流件和所述分隔件均采用铜材制成。

优选地，至少两层所述回流通道内的所述第一螺旋导流件配置为：每层所述回流通道内的所述第一螺旋导流件，在所述冷冻探头的轴向剖面呈由内至外依次对正状相对状设置。

优选地，所述两相隔离段下游侧的所述外壳内壁上设置有隔热层。

本发明还提供一种冷冻外科器械，包括如前所述的冷冻探头。

针对现有技术，本发明另辟蹊径地提出了用于冷冻外科器械的冷冻探头，其制冷剂输送管与外壳间的回流路径自膨胀腔依次为两相分离段和两相隔离段，也就是说，该冷冻探头在换热工作过程进行了功能划分。具体地，制冷剂自输送管被输送至外壳闭合远端的膨胀腔，蒸发膨胀进行远端换热；接下来，两相制冷剂进入回流路径的两相分离段，并在螺旋分离通道的作用下离心分离，过程中迫使气液两相分离，驱使液相制冷剂移向近外壳内壁一侧；随着换热过程中的继续，完成基本气液分离的制冷剂进入回流路径的两相隔离段，基于内外嵌套设置的至少两层回流通道，液相制冷剂进入近外壳侧的外回流通道中，主要以相变换热方式发生热交换，而气相制冷剂进入近制冷剂输送管侧的内回流通道中，主要以对流换热方式与外壳进行热交换，由此使得更多的液相制冷剂在靠近外壳内表面处相变换热。与现有技术相比，本方案具有如下有益技术效果：

首先，通过对制冷剂的两相分离以及多层回流通道结构的应用，一方面，可最大限度地降低“蒸汽屏蔽效应”对热交换带来的消极影响，同时，能够有效促进热交换效率较高的液相制冷剂靠近外壳内表面相变换热，热换热效率较低的气相制冷剂远离外壳内表面进行对流换热，从而总体上提高了冷冻探头热交换区的热交换的效率。

其次，在本发明的优选方案中，至少两层回流通道分别配置为螺旋导流通道，可增强制冷剂的回流速度，并且在螺旋导流通道的作用下，使得制冷剂能够更加充分地与探头外壳接触换热，进一步提高其换热效率。

再者，在本发明的另一优选方案中，沿制冷剂的回流方向，其第二螺旋导流件的尾端与第一螺旋导流件的首端固定连接，且连接处平坦过渡，从而确保制冷剂自两相分离段中流出后直接流入两相隔离段的回流通道中，其流动状态除了在流入回流通道时被分为至少两路外，无其他流动状态的改变，进而有效控制了可能的流阻影响。

附图说明

图1为具体实施方式所述冷冻探头的整体结构轴向剖视图；

图2为图1中所示制冷剂输送管与第二螺旋导流件的配合关系立体图。

图中：

外壳101、制冷剂输送管102、第一螺旋导流件103、分隔件104、第一螺旋导流件105、第二螺旋导流件106、隔热层107、内回流通道108、外回流通道109、两相分离段110、膨胀腔111、热交换区112、两相隔离段113。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1，该图示出了本实施方式所述冷冻探头的整体结构轴向剖视图。

该冷冻探头基础构成与现有技术相同，如图所示，其外壳101具有闭合远端和开放近端，闭合远端形成膨胀腔111，开放近端用于制冷剂的流入和流出；其中，制冷剂输送管102沿外壳101的轴向设置，以输出制冷剂至外壳101闭合远端的膨胀腔111内，并在冷冻探头的远端蒸发膨胀进行换热。图中所示，制冷剂输送管102的伸入端与膨胀腔111底部具有预定距离，以便制冷剂与外壳101远端周壁充分接触，并随制冷剂流动有效地进行换热，

进一步如图所示，制冷剂输送管102与外壳101间的回流路径自该膨胀腔111依次配置为两相分离段110和两相隔离段113，两相分离段110具有形成离心分离作用力的螺旋分离通道，两相隔离段113具有内外嵌套设置的两层回流通道：内回流通道108和外回流通道109，且相邻两层回流通道间不透流体。这里，“内”和“外”等方位词的使用，是以冷冻探头的轴心为基准定义的，以清楚表述本申请请求保护的技术方案，应当理解，本文中上述方位词的使用对于方案实质内容并未构成限制。另外，“不透流体”是指，进入回流路径的两相隔离段的制冷剂，在各层回流通道间无互通，不伴随其他流动状态的改变，可避免不必要的扰流。

如图所示，热交换区(冷冻区)112是冷冻探头与外界进行热交换的区域，本实施方式在热交换区112的工作过程进行了功能划分，下面结合图1中箭头所示介质流向，简要说明该冷冻探头具体工作流程。

首先，制冷剂自输送管102被输送至外壳101闭合远端的膨胀腔111，并在膨胀腔111内进行蒸发膨胀，并实现冷冻探头的远端换热，由于相变产生了大量气相的制冷剂。

接下来，两相制冷剂进入回流路径的两相分离段110，并在螺旋分离通道的作用下进行离心分离，驱使液相制冷剂移向近外壳101内壁侧(半径较大的一侧)，将排出的气液两相流进行一级相分离。

然后，完成基本气液分离的制冷剂进入回流路径的两相隔离段113，基于内外嵌套设置的两层回流通道，液相制冷剂进入近外壳侧的外回流通道109中，主要以相变换热方式发生热交换，而气相制冷剂进入近制冷剂输送管侧的内回流通道108中，主要以对流换热方式与外壳进行热交换，由此使得更多的液相制冷剂在靠近外壳内表面处相变换热，制冷剂在两个回流通道中进行二级两相分离。此过程中，通过对制冷剂的两相分离以及多层回流通道结构的应用，破坏了制冷剂两相流与外壳内表面之间形成的气垫，同时，能够有效促进液相制冷剂在外壳内表面进行相变换热。

最后，完成热交换的制冷剂自外壳101的开放近端回流。

需要说明的是，外壳101的冷冻性能无特别要求的情形下，制冷剂输送管102与外壳101同心设置，也就是说，两者之间形成的回流路径大致呈等径圆环状，以确保探头性能各向同性。由此，术中将探头插入待处理组织中心部位，可获得最佳的治疗效果。

本方案中，采用分隔件104将两相隔离段113分隔形成内回流通道108和外回流通道109。这里，分隔件104可以为与制冷剂输送管102同轴设置筒状构件，具有结构简单、工艺成本低的特点。具体地，两相隔离段113内外回流通道的结构设置，可以根据实际应用场合或者不同冷冻外科器械的功能需要设置为内外嵌套的其他复数层，例如，三层、四层，而不局限于图中所示的两层；也就是说，分隔件104可以设置为一个，也可以设置为多个，在两相制冷剂分流的同时，增大热交换的面积，进而提高换热效率。当然，采用两层以上的其他复数层回流通道时，除近外壳101的回流通道内主要为液相制冷剂、近制冷剂输送管102的回流通道内主要为气相制冷剂外，处于中间层的回流通道内基于实际蒸发程度为两相制冷剂或单相制冷剂。

为了获得更好的换热效率，至少两层回流通道可以分别配置为螺旋导流通道。如此设置，能够增强制冷剂的回流速度，并且在螺旋导流通道的作用下，使得制冷剂能够更加充分地与探头外壳接触换热，进一步提高其换热效率。如图所示，每层回流通道均设置有形成螺旋导流通道的第一螺旋导流件，每个第一螺旋导流件分别固定设置在制冷剂输送管102外壁、形成至少两层所述回流通道的至少一个分隔件104及外壳101内壁之间。具体地，内回流通道108内设置有第一螺旋导流件103，外回流通道109内设置有第一螺旋导流件105。

进一步如图1所示，回流路径的两相分离段110设置有形成螺旋分离通道的第二螺旋导流件106，该第二螺旋导流件106固定设置在外壳101与制冷剂输送管102之间。可以理解的地，基于第二螺旋导流件106的功能设计，其可以固定设置在外壳101与制冷剂输送管102上，也可以固定设置在其中一者上，只要能够满足形成离心分离作用力而实现制冷剂两相分离均可。请一并参见图2所示，该图示出了制冷剂输送管102与第二螺旋导流件106的配合关系。

这里，第一螺旋导流件103、105和第二螺旋导流件106可以均为螺旋叶片；沿制冷剂的回流方向，第二螺旋导流件106的尾端与第一螺旋导流件的首端103、105固定连接，且连接处平坦过渡。如此设计，两相分离段110排出途径的端口截面和两个回流通道的端口截面完全对接，确保两相分离段110形成的排出途径与两相隔离段113的制冷剂流入路径准确对接，制冷剂自两相分离段110中流出后直接流入两相隔离段113的回流通道中，其流动状态除了在流入回流通道时被分为至少两路外，无其他流动状态的改变，进而有效控制了可能的流阻影响。实际上，两相分离段110内第二螺旋导流件106的螺旋圈数在结构允许的范围内可以设置多个且螺距可变，其也可以采用盘管结构来实现两相分离的目的。

应当理解，制冷剂在冷冻探头内的流阻大小同样是影响换热效率的主要因素。作为优选，两相隔离段113的通流截面积为制冷剂输送管102的通流截面积的1.2～2倍，在满足整体外形尺寸设计空间要求的基础上，能够获得最优流阻。其中，内回流通道108和外回流通道109的通道截面可以是圆形的，也可以是其他形状的，如矩形。

此外，本方案中的第一螺旋导流件103、105和第二螺旋导流件106、分隔件104均采用传热性能较高的铜材或者其他传热性能较好的金属材料制成。

至少两层回流通道(内回流通道108、外回流通道109)内的第一螺旋导流件配置为：每层所述回流通道内的第一螺旋导流件，在冷冻探头的轴向剖面呈由内至外依次对正状相对状设置。也即如图1所示的，在该轴向剖面内，第一螺旋导流件103和第一螺旋导流件105大致呈一片螺旋片状设置，其螺旋通道的起点和终点是相同的，由此使得进入两相隔离段113的制冷剂基本以相同流动趋势流动，大致同步流入两相隔离段113、同步流出两相隔离段113，分流及汇流阻力得以良好控制。当然，螺旋通道的起点和终点也可以是不同的。

更进一步地，两相隔离段113下游侧的外壳101内壁上设置有隔热层107，主要作用为将制冷剂返回流与外壳101内表面隔开。具体地，该隔热层107可以具有绝热真空夹层，通过抽真空建立相应的绝热真空即可达成避免不必要的热传导，以及对操作者的使用感受。

除前述冷冻探头外，本实施方式还提供一种应用前述冷冻探头的冷冻外科器械。需要说明的是，“冷冻外科器械”在此是指包含但不限于冷冻探头和冷冻导管的任何类型的冷冻器械。尽管说明书聚焦于冷冻探头，但这仅是说明的目的，而不意在限制。由于该冷冻外科器械的其他功能构成非本申请的核心发明点所在，本领域的普通技术人员可以基于现有技术实现，故本文不再赘述。

特别说明的是，图中所示冷冻探头呈直线状设置，显然，该形状设计仅用于提高操作便利性，适用于大多冷冻外科器械。不失一般性，本实施方式的核实发明点不局限于图中所示形状。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种冷冻探头，包括：

外壳，具有闭合远端和开放近端，其中，所述闭合远端形成膨胀腔，所述开放近端用于制冷剂的流入和流出；和

制冷剂输送管，沿所述外壳的轴向设置，以输出制冷剂至所述膨胀腔；其特征在于，所述制冷剂输送管与所述外壳间的回流路径自所述膨胀腔依次配置为：

两相分离段，具有形成离心分离作用力的螺旋分离通道；

两相隔离段，具有内外嵌套设置的至少两层回流通道，相邻两层间不透流体。

2.如权利要求1所述的冷冻探头，其特征在于，至少两层所述回流通道分别配置为螺旋导流通道。

3.如权利要求2所述的冷冻探头，其特征在于，所述两相隔离段的通流截面积为所述制冷剂输送管的通流截面积的1.2～2倍。

4.如权利要求2或3所述的冷冻探头，其特征在于，每层所述回流通道均设置有形成所述螺旋导流通道的第一螺旋导流件，每个所述第一螺旋导流件分别固定设置在所述制冷剂输送管外壁、形成至少两层所述回流通道的至少一个分隔件及所述外壳内壁之间。

5.如权利要求4所述的冷冻探头，其特征在于，所述回流路径的两相分离段设置有形成所述螺旋分离通道的第二螺旋导流件，所述第二螺旋导流件固定设置在所述外壳与所述制冷剂输送管之间。

6.如权利要求5所述的冷冻探头，其特征在于，所述第一螺旋导流件和第二螺旋导流件均为螺旋叶片；沿制冷剂的回流方向，所述第二螺旋导流件的尾端与所述第一螺旋导流件的首端固定连接，且连接处平坦过渡。

7.如权利要求6所述的冷冻探头，其特征在于，所述第一螺旋导流件、所述第二螺旋导流件和所述分隔件均采用铜材制成。

8.如权利要求6所述的冷冻探头，其特征在于，至少两层所述回流通道内的所述第一螺旋导流件配置为：每层所述回流通道内的所述第一螺旋导流件，在所述冷冻探头的轴向剖面呈由内至外依次对正状相对状设置。

9.如权利要求1所述的冷冻探头，其特征在于，所述两相隔离段下游侧的所述外壳内壁上设置有隔热层。

10.冷冻外科器械，包括冷冻探头，其特征在于，所述冷冻探头采用如权利要求1至9中任一项所述的冷冻探头。