CN109990568A - 一种低温冷冻治疗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温冷冻治疗设备，其包括治疗应用本体、工质发生器、压力储罐和节流制冷部件；本发明中专门设置有能够从空气中分离工质的工质发生器，工质发生器产生的工质能够在节流制冷部件的作用下，转换为预定温度、压力条件的工质，以为治疗应用本体提供工作工质，以实现治疗应用本体正常疾病治疗。即本发明中的低温冷冻治疗设备能够实现工质的自我供给，无需专门气体钢瓶进行供气，从而克服了现有技术气体钢瓶运输要求高、成本高对于治疗应用本体应用范围的限制，大大提高了治疗应用本体的普及性，为病人提供疾病治疗的方便性，使治疗应用本体能够惠及更多的病人，有利于提高社会卫生服务水平。

Description

一种低温冷冻治疗设备

技术领域

本发明涉及冷冻型医疗设备技术领域，特别涉及一种低温冷冻治疗设备。

背景技术

目前的低温冷冻治疗设备品种比较多，其主要采用盛放在高压气体钢瓶中的氦气、氩气、氮气、二氧化碳或者氧化亚氮等现成气体作为提供冷源的工质。

装有冷源工质的高压气体钢瓶通常需要单独外购，即高压气体钢瓶为独立于设备之外的成品，需要专门购买，然后高压气体钢瓶通过管路连接低温冷冻治疗设备的连接口。

高压气体钢瓶通常需要通过铁路或公路运输等方式运送至现场。高压气体钢瓶在运输过程中需要进行特殊处理，非常不方便运输，对于运输要求比较高，同时运输成本也相应比较高。这就严重制约了低温冷冻治疗设备在全国大多数城市的推广。

因此，如何解决现有技术高压气体钢瓶运输难技术问题，推广低温冷冻治疗设备的应用范围，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种低温冷冻治疗设备，该低温冷冻治疗设备可以降低运输要求，便于普及。

该低温冷冻治疗设备包括治疗应用本体，还包括以下部件：

工质发生器，用于从空气中分离所述治疗应用本体工作所需工质；

压力储罐，用于存储所述工质发生器产生的工质；

节流制冷部件，设置于所述压力储罐的出气口和所述治疗应用本体之间，用于对所述压力储罐流出的工质进行降温以获取满足所述治疗应用本体工作所需温度工质；

所述压力储罐与所述节流制冷部件的连通管路、所述节流制冷部件的气体出口和所述治疗应用本体的工质进口连通管路，均设置有流量控制阀，以控制相应管路中的气体流量。

与现有技术相比，本发明中专门设置有能够从空气中分离工质的工质发生器，工质发生器产生的工质能够在节流制冷部件的作用下，转换为预定温度、压力条件的工质，以为治疗应用本体提供工作工质，以实现治疗应用本体正常疾病治疗。即本发明中的低温冷冻治疗设备能够实现工质的自我供给，无需专门气体钢瓶进行供气，从而克服了现有技术气体钢瓶运输要求高、成本高对于治疗应用本体应用范围的限制，大大提高了治疗应用本体的普及性，为病人提供疾病治疗的方便性，使治疗应用本体能够惠及更多的病人，有利于提高社会医疗服务水平。

可选的，所述节流制冷部件包括至少一个节流换热单元，所述节流换热单元包括节流器和换热器，所述换热器包括第一换热通道和第二换热通道，当处于工作状态时，流经所述第一换热通道的流体与流经所述第二换热通道的流体进行热量交换；所述节流换热单元的进气口分别通过两管道连通所述节流器的进气口和所述第一换热通道的进口，所述节流器的出气口连通所述第二换热通道的进口，所述第一换热通道的出口连通下一级节流换热单元的进气口或者所述治疗应用本体的工质进口。

可选的，所述节流换热单元至少为两个，前N-1级节流换热单元中换热器还进一步包括第三换热通道，当处于工作时，流经所述第三换热通道的流体、流经所述第二换热通道的流体二者均与流经所述第一换热通道的流体进行热量交换；第N级节流换热单元的换热器的第二换热通道的出口连通第N-1节流换热单元的换热器的第三换热通道的进口。

可选的，第一级节流换热单元中换热器的第二换热通道的出口连通外界环境；或者，

第一级节流换热单元中换热器的第二换热通道的出口连通所述工质发生器中提供气源的空气源装置。

可选的，各级所述节流换热单元的节流器的进口管道上均设置有调节阀，用于调节所述节流换热单元进口流入相应节流器中的工质流量。

可选的，所述节流制冷部件还包括终端节流器，所述终端节流器设置于最后一级所述节流换热单元的下游，最后一级所述节流换热单元中换热器的第一换热通道的出口连通所述终端节流器的进口，所述终端节流器的出口连通所述治疗应用本体的工质进口。

可选的，所述终端节流器与最后一级所述节流换热单元换热器的第一换热通道的出口之间设置有终端调节阀。

可选的，所述工质发生器包括空压机、冷却器、油气分离器、干燥机、过滤器、气体分离器。

可选的，所述工质发生器至少具有以下一种工况：

氮气工况，用于自空气中分离氮气工质；

氧气工况，用于自空气中分离氧气工质；

氩气工况，用于自空气中分离氩气工质。

可选的，所述治疗应用本体包括消融针。

附图说明

图1为本发明一种实施例中低温冷冻治疗设备的原理图。

其中，图1中：

1-工质发生器；11-空压机；12-冷却器；13-油气分离器；14-干燥机；15-过滤器；16-气体分离器；

2-压力储罐；

3-节流制冷部件；311-第一级节流器；312-第一级换热器；313-第一级调节阀；321-第二级节流器；322-第二级换热器；323-第二级调节阀；331-第三级节流器；332-第三级换热器；333-第三级调节阀；34-终端节流器；35-终端调节阀；

4-治疗应用本体。

具体实施方式

针对现有技术中低温冷冻治疗设备中的工质需要单独运输限制了设备的应用的技术问题，本文进行了深入研究，提出了一种解决上述技术问题的技术方案。

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。

请参考图1，图1为本发明一种实施例中低温冷冻治疗设备的原理图；其中图中箭头表示工质流体的流动方向。

本发明提供了一种低温冷冻治疗设备，包括治疗应用本体4，治疗应用本体4可以为消融针，当然也可以为其他类似的需要低温工质的医疗工作设备。

本发明中的低温冷冻治疗设备还进一步包括工质发生器1、压力储罐和节流制冷部件。

其中工质发生器1用于从空气中分离治疗应用本体4工作所需工质，也就是说，工质发生器1能够从空气中分离出一种气体工质或者几种气体工质作为治疗应用本体4的工作工质。工质发生器1分离出工质种类可以根据治疗应用本体4类型决定，该工质可以为氮气、氧气或者氩气。相应地，工质发生器1应当具有一种或者几种工况，例如：氮气工况、氧气工况和氩气工况。当工质发生器1处于氮气工况状态时，工质发生器1可以从空气中分离出氮气工质。当工质发生器1处于氧气工装状态时，工质发生器1可以从空气中分离出氧气工质。

当然，工质发生器1能够分离出的工质不局限于本文上述几种，还可以为二氧化碳或者其他介质等。当然，气源也不局限于空气，也可以为含有所需工质的其他类型的气体。本文以气源为空气为例继续介绍技术方案。

压力储罐用于存储工质发生器1产生的工质。

工质发生器1的具体结构可以由多种形式，本文给出了一种优选的具体实施方式。工质发生器1可以包括空压机11、冷却器12、油气分离器13、干燥机16、过滤器15、气体分离器14等其中一者或者几者。空气在空压机11中被压缩，压强增大，温度升高，变成高温高压空气；之后进入冷却器12，温度降低，变成常温高压空气；之后进入油气分离器13，分离出从空压机中带出的润滑油；之后进入干燥机16，除去空气中的水分；之后进入过滤器15，去除杂质颗粒，变成常温高压干燥干净空气；之后进入气体分离器14，实现空气分离，产生常温高压氮气，其它杂质气体由此排出设备。

空压机11可以为螺杆式、活塞式、离心式其中一种或者以上形式的组合。

气体分离器14可以为吸附式或者膜分离式。

最后常温常压的氮气被储存在压力储罐2内部。压力储罐2的容积、工作压力可以根据具体应用环境而定，例如：容积大致为1ml-100m³；工作压力可以为0-1000MPa。

节流制冷部件3设置于压力储罐2的出气口和治疗应用本体4之间，用于对压力储罐2流出的氮气进行降温以获取满足治疗应用本体4工作所需温度的工质。

也就是说，节流制冷部件3的主要作用是将压力储罐2流出的气体进行节流降温以获取治疗应用本体4的所要求条件的工质。

能够实现上述功能的节流制冷部件3的具体结构可以由多种形式，下文将详细介绍一种具体结构。当然本领域内技术人员应当理解，节流制冷部件3的结构不局限于本文所记载的结构，还可以为其他结构，只要能够实现上述功能即可。

并且，本发明中的压力储罐2和节流制冷部件3的连通管道、节流制冷部件3的气体出口和治疗应用本体4的工质进口连通管路均设置有流量控制阀，以控制相应管路中的气体流量。这样便于根据治疗应用本体4的具体工况合理控制工质的流量，以满足不同工况的需求。

与现有技术相比，本发明中专门设置有能够从空气中分离工质的工质发生器1，工质发生器1产生的工质能够在节流制冷部件3的作用下，经过多级节流、冷量回收，转换为预定温度、压力条件的工质，以为治疗应用本体4提供工作工质，以实现治疗应用本体4正常疾病治疗。即本发明中的低温冷冻治疗设备能够实现工质的自我供给，无需专门气体钢瓶进行供气，从而克服了现有技术气体钢瓶运输要求高、成本高对于治疗应用本体4应用范围的限制；能够实现常温气体在不预冷的情况下，通过自身多级节流和冷量回收，达到极低的治疗温度，从而克服了现有技术单级气体节流制冷效果不佳需要对气体进行预冷的缺点，大大提高了治疗应用本体4的普及性和治疗效果，为病人提供疾病治疗的方便性，使治疗应用本体4能够惠及更多的病人，有利于提高社会医疗服务水平。

在一种具体实施方式中，节流制冷部件3可以包括至少一个节流换热单元，节流换热单元包括节流器和换热器，节流器的主要功能是对流过其的气体工质进行膨胀，以使工质的温度、压力降低。

节流器可以为小孔节流器、孔板节流器、节流阀门、透平、狭缝节流器中的一种或者以上形式的组合。

换热器可以为板翅式、板式、管壳式、套管式中的一种或者以上形式的组合。

换热器包括第一换热通道和第二换热通道，当处于工作状态时，流经第一换热通道的流体与流经第二换热通道的流体进行热量交换；也就是说，进行热量交换的高温介质、低温介质分别流经第一换热通道、第二换热通道。第一换热通道和第二换热通道的结构形式可以参考现有技术，本文不做赘述。

节流换热单元可以为一个整体构件，即节流器和换热器集成于同一个壳体内部形成一个整体，当然节流换热单元也可以为分体部件，即节流器和换热器为独立部件，二者通过管路连接，这样便于维护和降低维修成本。

节流换热单元的进气口分别通过两管道连通节流器的进气口和第一换热通道的进口，节流器的出气口连通第二换热通道的进口，第一换热通道的出口连通下一级节流换热单元的进气口或者治疗应用本体4的工质进口。

根据压力储罐2中初始工质的温度、压力条件以及最终获得工质的温度、压力要求，设置节流换热单元的数量，节流换热单元的数量可以为一个，也可以为两个或者三个或者三个以上。本文以设置三个节流换热单元为例继续介绍技术方案和技术效果。

在一种具体的实施方式中，低温能冷冻治疗设备中节流换热单元的数量可以为三个，分别定义为：第一级节流换热单元、第二级节流换热单元、第三级节流换热单元。

需要说明的是，下文中工质(Ti，Pi)表示温度为Ti，压力为Pi的工质，仅是为了描述技术方案的简洁。

其中，第一级节流换热单元的进口连通压力储罐2的出气口，工作时，压力储罐2中工质(T，P0)经管路流入第一级节流换热单元后，分成两路，其中一路流入第一级节流换热单元的第一级节流器311，经第一级节流器311节流膨胀后温度和压力都降低，流出第一级节流器311后的工质温度和压力分别为T1和P，即工质(T1，P)。流出第一级节流器311的工质(T1，P)与另一路工质(T，P0)在第一级换热器312中进行热量交换，如果不计管路及阻力元件对压力的损耗，工质(T1，P)换热后变为工质(T，P)，工质(T，P0)换热后变为工质(T1，P1)。

换热后的工质(T，P)可以直接排至外界环境，即第一级节流换热单元中换热器(第一级换热器312)的第二换热通道的出口连通外界环境。当然也可以工质发生器1中提供气源的空气源装置，再次进行重复利用，也就是说，第一级节流换热单元中换热器的第二换热通道的出口连通所述工质发生器1中提供气源的空气源装置。

自第一级换热器312的第一换热通道的出口流出的工质(T1，P1)再次进入第二级节流换热单元的进气口，同理第二级节流换热单元的进气口分两之路，一路流经第二级节流器321，经第二级节流器后温度和压力降低变为工质(T2，P)，工质(T2，P)继续流入第二级换热器322，在第二级换热器322内部与另一路工质(T1，P1)进行热量交换，工质(T2，P)热量交换后温度升高变为工质(T1，P)，工质(T1，P1)热量交换后温度降低变为工质(T2，P2)。

进一步地，自第二级换热器322的第一换热通道的出口流出的工质(T2，P2)再次进入第三级节流换热单元的进气口，同理第三级节流换热单元的进气口分两之路，一路流经第三级节流器331，经第三级节流器后温度和压力降低变为工质(T3，P)，工质(T3，P)继续流入第三级换热器332，在第三级换热器332内部与另一路工质(T2，P2)进行热量交换，工质(T3，P)热量交换后温度升高变为工质(T2，P)，工质(T2，P2)热量交换后温度降低变为工质(T3，P3)。

工质(T1，P)可以由第二换热通道的出口直接流至外界环境或空气源装置。当然，考虑到此时工质(T1，P)温度还是比较低，可以将气体进一步通入第一级换热器312内部与流入第一级换热器312内部的工质(T，P0)进行换热，提高热量利用效率。

同理工质(T2，P)也可以由第三换热通道的出口直接流至外界环境或空气源装置。当然，也可以通入第二级换热器322内部与流入第二级换热器322内部的工质(T1，P1)进行换热，提高热量利用效率。

也就是说，当节流换热单元的数量大于等于两个(N大于等于2)时，可以将下一级换热器的第二换热通道流出的工质通入上一级换热器内部，再次进行冷量回收。为了提高系统的稳定性，前N-1级节流换热单元中换热器还进一步包括第三换热通道，当处于工作时，流经所述第三换热通道的流体、流经所述第二换热通道的流体二者均与流经所述第一换热通道的流体进行热量交换；第N级节流换热单元的换热器的第二换热通道的出口连通第N-1节流换热单元的换热器的第三换热通道的进口。

这样第二换热通道中的流体与第三换热通道中的流体相互独立，工作互不影响，有利于系统稳定性。

进一步地，上述各节流制冷部件3还可以包括终端节流器34，终端节流器34设置于最后一级节流换热单元的下游，最后一级节流换热单元中换热器的第一换热通道的出口连通终端节流器34的进口，终端节流器34的出口连通治疗应用本体4的工质进口。

工质(T3，P3)经终端节流器34节流膨胀后温度和压力都降低，获得工质(T4，P)。工质(T4，P)进入消融针实施低温冷冻治疗。上述说明中，温度T>T1>T2>T3>T4，压力P0≥P1≥P2≥P3≥P。

这样可以对最后流入治疗应用本体4的工质的温度和压力进行精确调整。

进行合适的管路设计及流量分配，容易实现较小的换热温差，因此可以忽略换热温差而不至于对计算结果产生较大偏差，假设换热之后换热器高温侧的出口温度就是低温侧的入口温度。以工质为氮气为例，通过查阅氮气物性参数并进行计算，给出四组结果详见表1。

表1

进一步地，终端节流器34与最后一级节流换热单元换热器的第一换热通道的出口之间设置有终端调节阀35。

上述各实施例中，各级节流换热单元的节流器的进口管道上均设置有调节阀，用于调节节流换热单元进口流入相应节流器中的工质流量，如图1所示，第一级调节阀313、第二级调节阀323、第三级调节阀333，第一级调节阀313用于调节进入第一级节流器311的工质；第二级调节阀323用于调节进入第二级节流器321的工质；第三级调节阀333用于调节进入第三级节流器331的工质。

上述节流制冷单元中节流器的数量可以为一个，也可以为多个。优选节流器的数量为一个。

各调节阀的具体结构可以参考现有技术。

以上对本发明所提供的一种低温冷冻治疗设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低温冷冻治疗设备，包括治疗应用本体(4)，其特征在于，还包括以下部件：

工质发生器(1)，用于从空气中分离所述治疗应用本体(4)工作所需工质；

压力储罐(2)，用于存储所述工质发生器(1)产生的工质；

节流制冷部件(3)，设置于所述压力储罐(2)的出气口和所述治疗应用本体(4)之间，用于对所述压力储罐(2)流出的工质进行降温以获取满足所述治疗应用本体(4)工作所需温度的工质；

所述压力储罐(2)与所述节流制冷部件(3)的连通管路、所述节流制冷部件(3)的气体出口和所述治疗应用本体(4)的工质进口连通管路，均设置有流量控制阀，以控制相应管路中的气体流量。

2.如权利要求1所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述节流制冷部件(3)包括至少一个节流换热单元，所述节流换热单元包括节流器和换热器，所述换热器包括第一换热通道和第二换热通道，当处于工作状态时，流经所述第一换热通道的流体与流经所述第二换热通道的流体进行热量交换；所述节流换热单元的进气口分别通过两管道连通所述节流器的进气口和所述第一换热通道的进口，所述节流器的出气口连通所述第二换热通道的进口，所述第一换热通道的出口连通下一级节流换热单元的进气口或者所述治疗应用本体(4)的工质进口。

3.如权利要求2所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述节流换热单元至少为两个，前N-1级节流换热单元中换热器还进一步包括第三换热通道，当处于工作时，流经所述第三换热通道的流体、流经所述第二换热通道的流体二者均与流经所述第一换热通道的流体进行热量交换；第N级节流换热单元的换热器的第二换热通道的出口连通第N-1节流换热单元的换热器的第三换热通道的进口。

4.如权利要求3所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，第一级节流换热单元中换热器的第二换热通道的出口连通外界环境；或者，

第一级节流换热单元中换热器的第二换热通道的出口连通所述工质发生器(1)中提供气源的空气源装置。

5.如权利要求2至4任一项所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，各级所述节流换热单元的节流器的进口管道上均设置有调节阀，用于调节所述节流换热单元进口流入相应节流器中的工质流量。

6.如权利要求2至4任一项所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述节流制冷部件(3)还包括终端节流器，所述终端节流器设置于最后一级所述节流换热单元的下游，最后一级所述节流换热单元中换热器的第一换热通道的出口连通所述终端节流器的进口，所述终端节流器的出口连通所述治疗应用本体(4)的工质进口。

7.如权利要求6所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述终端节流器与最后一级所述节流换热单元换热器的第一换热通道的出口之间设置有终端调节阀(35)。

8.如权利要求1至4任一项所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述工质发生器(1)包括空压机(11)、冷却器(12)、油气分离器(13)、干燥机(14)、过滤器(15)、气体分离器(16)。

9.如权利要求1至4任一项所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述工质发生器(1)至少具有以下一种工况：

氮气工况，用于自空气中分离氮气工质；

氧气工况，用于自空气中分离氧气工质；

氩气工况，用于自空气中分离氩气工质。

10.如权利要求1至4任一项所述的低温冷冻治疗设备，其特征在于，所述治疗应用本体(4)包括消融针。