DE19515287C2 - Verfahren zur Erzeugung von Behandlungsatmosphären für Kryotherapie und zur Durchführung des Verfahrens bestimmte Anlage zur Ganzkörperbehandlung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Behandlungsatmosphären für die Kryotherapie und zur Durchführung des Verfahrens eine Anlage zur Ganzkörperbehandlung.

Die Anwendung von Kälte bei der Behandlung von rheumatischen Erkrankungen ist bekannt, sowohl in der Form der Einwirkung eines kalten Gasstromes auf erkrankte beziehungsweise schmerzende Körperstellen oder größere Körperpartien wie auch in der Form der sogenannten Ganzkörpertherapie.

Für die Behandlung des Körpers mit einem Kaltgas wurden Vorrichtungen vorgeschlagen, die aus den Körper mehr oder weniger eng umschließenden, schalenförmigen Elementen, von denen mindestens eines beweglich angeordnet ist oder einem den Körper teilweise umhüllenden Halbschalenelement bestehen wobei die Elemente Öffnungen für die Zuführung beziehungsweise Absaugung des kalten Behandlungsgases aufweisen.

Bekannt sind auch Vorrichtungen, die eine den Körper aufnehmende Kammer, zum Beispiel in Form eines horizontalen Zylinders vorgesehen, und eine in eine Kältebehandlungs- und eine Atemkammer segmentierte Box, jeweils wiederum mit Ein- und Austrittsöffnungen für ein kaltes Behandlungsgas.

In diesen Formen der Ganzkörperbehandlung, in denen dem Kopfbereich eine atembare Luft zugeführt wird, werden kalte Behandlungsgase unterschiedlicher Art und Zusammensetzung angewendet, und die Verfahren ihrer Erzeugung durch Verdampfung von tiefsiedenden verflüssigten Gasen sind dem Fachmann hinlänglich bekannt. Der Nachteil solcher Verfahren oder Vorrichtungen besteht in der eingeschränkten oder fehlenden Möglichkeit der Einstellung definierter Geschwindigkeiten des kalten Behandlungsgases und in der mangelnden Homogenität der Temperaturen, die auf der Hautoberfläche des Patienten erreicht wird, sowie im weitgehenden Eingeschränktsein der den Therapieeffekt unterstützenden Bewegungsmöglichkeit des Patienten. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß stets nur jeweils ein Patient der kryotherapeutischen Behandlung in einer solchen Anlage ausgesetzt werden kann.

Einen Fortschritt für die Ganzkörpertherapie stellen Vorschläge dar, die begehbare Kabinen vorsehen, wobei atembares Kaltgas in die Kabine geführt und aus derselben abgeführt wird.

Solche Vorrichtungen und das Verfahren zum Betreiben derselben weisen bisher eine Reihe von Nachteilen auf, die nicht nur den therapeutischen Effekt beeinträchtigen, sondern auch hohe Betriebskosten verursachen. Diese Nachteile liegen in der Art und Weise sowohl der Erzeugung als auch der Weiterleitung, Anwendung und Ausnutzung des Kaltgases. So gibt es Vorschläge, das Behandlungsgas durch Verdampfen eines Flüssiggases, vorzugsweise Stickstoff, in einen Strom eines Trägergases, vorzugsweise Druckluft, zu erzeugen, wobei unterschiedliche Ausführungsformen des Zusammenführens der beiden Gase bekannt sind. Wesentlicher Nachteil, neben dem hohen Aufwand zur Gewährleistung der Sicherheit des Patienten, der dem Kaltgasgemisch ausgesetzt ist, ist der hohe Verbrauch an Kältemittel.

Auch solche Vorschläge, nach denen Flüssig-Stickstoff und Flüssig-Sauerstoff vor oder nach ihrem Verdampfen vermischt werden und eine Standardatmosphäre ergeben sollen, können diese Nachteile nicht beseitigen.

Bekannt ist auch, die Kühlung von Druckluft auf indirektem Wege mittels frei verdampfenden Flüssiggases, vorzugsweise Stickstoff, über wie auch immer gestaltete Wärmetauscher vorzunehmen, aber der Nachteil eines hohen Kältemittelverbrauches und der damit verbundenen hohen Kosten bleibt bestehen. Der Versuch, diesen Mangel zu vermindern, durch Rückführung eines Teils der gekühlten Luft in einen Kreislauf, ist mit Inkaufnahme einer zunehmenden, den Behandlungsbetrieb einschränkenden Nebelbildung infolge Ausfrierens der Luftfeuchtigkeit und einer fortschreitenden Vereisung der Wärmetauscher verbunden.

Bekannt sind weiterhin ein Verfahren und eine Anlage zur Durchführung desselben, wonach ein atembares Kaltgas direkt durch Verdampfen von flüssiger Luft erzeugt und einem gekammerten Kältebehandlungsraum zugeführt wird. Dabei wird der tiefkalte Luftstrom zunächst in eine Hauptkammer geführt, und ein Teil der Abluft wird dazu verwendet, zusammen mit Normalluft in einer Vorkammer und gegebenenfalls einer Nachkammer die Behandlungsathmosphäre zu bilden. Zwangsläufig ist auch hier der Nachteil der hohen Kosten durch den Verbrauch an flüssiger Luft gegeben, darüber hinaus zeigt sich im praktischen Betrieb, neben einer relativ langen Anlaufzeit zur Einstellung der gewünschten Temperatur im Zusammenhang mit gewünschten Kaltluftgeschwindigkeiten, der Mangel eines unvorteilhaften Temperaturverlaufes, in dem bei Begehung der Kammern die Temperaturen rasch ansteigen.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die gänzliche oder erhebliche Überwindung der den bisher bekannten Verfahren oder Einrichtungen anhaftenden Mängel.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren zur kostengünstigen, ohne Verbrauch von Flüssiggas-Kältemittel auskommenden Erzeugung und Aufrechterhaltung von Behandlungsatmosphäre für Ganzkörperkryotherapie aufzuzeigen, ohne daß der Therapie-Effekt durch Kontakt des Patienten mit flüssigem Kälteträger, inhomogene Temperaturverteilung, Kälteschocks, Temperaturschwankungen, Nebelbildung und mangelnde Bewegungsmöglichkeit beeinträchtigt wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anlage vorzustellen, die das erfindungsgemäße Verfahren mit vergleichsweise kurzen Anlaufzeiten durchzuführen gestattet.

Erfindungsgemäß wird das Ziel mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und einer Anlage gemäß Patentanspruch 8 erreicht. Dabei werden durch drei separate, in sich geschlossene und über Wärmetauscher gekoppelte Kältekreisläufe mit jeweils unterschiedlichen Gasen als Kältemittel drei in ihrem Durchsatz regelbare Luftströme auf unterschiedliche Temperaturniveaus von der ersten bis zur dritten Behandlungskammer stufenweise abgesenkt und gleichsinnig die Luftfeuchtigkeit stufenweise auf nahe null reduziert.

Die Kälteerzeugung in jedem der drei Kältekreisläufe geschieht in an sich bekannter Weise durch Kompression eines gasförmigen, unter Druck stehenden, mittels Abscheider von Flüssigkeitsresten befreiten Kältemittels, Kühlung, Kondensation und nachfolgendes kontrolliertes Verdampfen des üblicherweise aus einem Sammler zulaufenden Flüssiggases.

Die folgende nähere Beschreibung verdeutlicht das Wesen der Kopplung der drei speziell gestalteten Kältekreisläufe zu einer Kaskade und die Zuordnung ihrer Stufen zu den Ganzkörpertherapieräumen.

Der erste geschlossene Kältekreislauf ist als Hochdruckstufe ausgebildet und verwendet entweder Propylen, Chlordifluormethan oder ein nahe azeotropes Gemisch aus Pentafluorethan, 1.1.1-Trifluorethan und 1.1.1.2-Tetrafluorethan als Kältemittel. Das in der Kompressions- und Kondensationsstufe erzeugte Flüssiggas wird dem Sammler entnommen und in einen Haupt- und einen Nebenstrom getrennt. Der Hauptstrom wird durch einen Verdampfer in einen als Luftkühler gestalteten Wärmetauscher geführt. Getrocknete Raumluft wird in diesem Luftkühler auf Temperaturen im Bereich zwischen 0 und -30 Grad Celsius abgekühlt und einer ersten von drei begehbaren Behandlungskammern zugeleitet. Der Nebenstrom des Flüssiggases wird genutzt, in dem er einem Kondensator eines zweiten geschlossenen Kältekreislaufes zugeführt wird.

Dieser zweite Kreislauf, ausgebildet als Mitteldruckstufe, verwendet Ethan oder Trifluormethan als Kältemittel. Er ist mit dem ersten Kreislauf in der Weise gekoppelt, daß die Kompressionswärme des Kältemittels in einem als Kondensator wirkenden Wärmetauscher von dem durch denselben geführten Teilstrom des Flüssiggases der ersten Stufe aufgenommen wird, wobei der entstehende Kältemitteldampf mit dem Hauptstrom des durch den Luftkühler geführten Kältemitteldampfes vereinigt und wieder der Kompressionsstufe zugeführt wird, während das Kältemittelkondensat gesammelt wird.

Das flüssige Ethan bzw. Trifluormethan wird dann seinerseits in einen Haupt- und einen Teilstrom getrennt. Der Hauptstrom wird in einem Verdampfer in Kältemitteldampf umgewandelt, der wiederum in einem Luftkühler mit diesem Kühler durchströmender getrockneter Raumluft in Wärmeaustausch tritt, wobei diese Luft auf Temperaturen im Bereich zwischen -60 und -80°C abgekühlt wird. In diesem Zustand wird sie der zweiten der drei Behandlungskammern zugeführt.

Der Teilstrom des flüssigen Kältemittels wird durch einen Kondensator, der sich in einem dritten Kältekreislauf befindet, geführt und wirkt dort in der nachfolgend beschriebenen Weise. Der dritte Kreislauf ist als Niederdruckstufe ausgebildet und enthält Ethen oder Tetrafluormethan als Kältemittel. Er ist mit dem zweiten Kältekreislauf in analoger, wie oben beschriebener Weise gekoppelt, in dem das komprimierte Ethen bzw. Tetrafluormethan einen Teil seiner Wärme an den durch diesen als Kondensator wirkenden Wärmetauscher geführten Teilstrom des flüssigen Ethens bzw. Tetrafluorethan abgibt, welches verdampft und zusammen mit dem den Luftkühler verlassenden Kältemitteldampf-Hauptstrom wieder zur Kompressionsstufe des zweiten Kreislaufes gelangt.

Das im Wärmetauschprozess anfallende Ethen- bzw. Tetrafluormethan- Kondensat wird gesammelt und einem Verdampfer zugeleitet. Der Ethen- bzw. Tetrafluormethandampf kühlt in einem Wärmetauscher getrocknete Raumluft auf Temperaturen im Bereich von etwa -110°C ab. Diese tiefkalte Raumluft bildet die der dritten begehbaren Therapiekammer zugeführte Behandlungsatmosphäre. Der Ethen- bzw. Tetrafluormethan-Dampf wird wieder der Kompressionsstufe innerhalb des dritten Kältekreislaufes zugeführt.

Der Grad der Ausnutzung der als Elektroenergie aufgewendeten Kompressionsarbeit wird über das durch die beschriebene Kreislaufkopplung bestimmte Maß hinaus weiter erhöht durch Energieabgabe vom komprimierten Flüssiggas an einen Kaltwasserstrom und die damit verbundene Erzeugung von Warmwasser.

Die Ausbildung einer dreistufigen Kaskade von in sich geschlossenen Kältekreisläufen durch Anwendung unterschiedlicher auf nach kryotherapeutischen Gesichtspunkten ausgewählte Temperaturbereiche genau abgestimmte Kältemittel in jeder der Stufen ist also eines der wesentlichen Merkmale der erfindungsgemäßen Lösung. Die geschlossenen Kreisläufe, die praktisch verlustfrei bezüglich der Kältemittel arbeiten, bilden in ihrer über Wärmetauscher erfolgenden Kopplung ein zweites wichtiges Merkmal. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß jede Stufe der Kaskade mit der Erzeugung von Kaltluft verbunden ist, die jeweils in einer begehbaren Kältetherapiekammer als Behandlungsatmosphäre dient, der Gestalt, daß ein Propen-, Chlordifluormethan- oder nahe azeotropes Gemisch aus Pentafluorethan, 1.1.1-Trifluorethan, 1.1.1.2-Tetrafluorethan-Kreislauf die Luft für den ersten Therapieraum auf 0 bis -30°C, ein Ethan- oder Trifluormethan-Kreislauf die Luft für den zweiten Raum auf -60 bis -80°C und ein Ethan- oder Tetrafluormethan-Kreislauf die Luft für den dritten Raum auf ca. -110°C abkühlt. Und schließlich besteht ein Erfindungsmerkmal darin, daß die Therapieräume begehbar so miteinander verbunden sind, daß ein für den Patienten und den Therapieeffekt vorteilhaftes stufenweises Erreichen der tiefsten Temperatur ermöglicht wird und eine Nebelbildung schrittweise auf praktisch Null reduziert wird. Die Aufstellung der kompletten Anlage kann in zwei verschiedenen Varianten erfolgen, wie Festeinbau in bestehende Gebäude oder Aufstellung in vorgefertigter Containerbauweise.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung von Behandlungsatmosphären für Kryotherapie durch indirekte Kühlung von vorgetrockneten, in ihren Durchsätzen regelbaren und in Behandlungsräume einzuführenden Luftströmen mittels kontrollierter Verdampfung von nach Gaskompression, Kühlung, Verflüssigung und Trocknung erhaltenen Kondensaten verflüssigbarer Gase, dadurch gekennzeichnet, daß drei unterschiedliche verflüssigbare Gase als Kältemittel verwendet werden und in jeweils einem eigenen, in sich geschlossenen Kreislauf (1, 2, 3) zirkulieren, wobei die Verflüssigung des Kältemittels des Kreislaufes 3 durch Verdampfen eines Teilstromes des flüssigen Kältemittels des Kreislaufes 2, die Verflüssigung des Kältemittels des Kreislaufes 2 durch Verdampfen eines Teilstromes des flüssigen Kältemittels des Kreislaufes 1 und die Verflüssigung des Kältemittels des Kreislaufes 1 durch indirekte Kühlung mit Luft bewirkt wird, was zu einer energetischen Kopplung zwischen den Kreisläufen 1 und 2 sowie 2 und 3 führt, und die Verdampfung der nach Abtrennung der Teilströme verbleibenden Ströme der Kältemittel (1a, 2a) der Kreisläufe 1 und 2 sowie die Verdampfung des ungeteilten Gesamtstromes des Kältemittels des Kreislaufes 3 für die indirekte Kühlung eines jeweils zugeordneten separaten Luftstromes benutzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf 1 ein Kältemittel mit dem im Vergleich zu den anderen verwendeten Kältemitteln höchsten Siedepunkt verwendet und der vergleichsweise höchste Druck eingestellt wird und im Kreislauf 3 ein Kältemittel mit dem im Vergleich zu den anderen verwendeten Kältemitteln niedrigsten Siedepunkt verwendet und der vergleichsweise niedrigste Druck eingestellt wird und daß damit die drei Kreisläufe in der Reihenfolge abnehmenden Druckes der Kältemittel sowie gleichzeitig damit in der Reihenfolge abnehmender Temperatur der durch die Kältemittelverdampfung erzeugten Kaltluftströme energetisch miteinander gekoppelt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verflüssigung des Kältemittels des jeweils benachbarten Kreislaufes (2, 3) dienenden Kältemittel-Teilströme (1b, 2b) jeweils aus dem Gesamtstrom des verflüssigten, getrockneten Kältemittels abgezweigt und nach Aufnahme von Wärme aus dem Kältemittel des benachbarten Kreislaufes und dadurch erfolgter Verdampfung wieder mit dem aus dem Kaltlufterzeuger abströmenden Kältemitteldampfstrom vereinigt werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Kreislauf 1 Propen als Kältemittel verwendet wird, daß im Kreislauf 2 Ethan als Kältemittel verwendet wird und daß im Kreislauf 3 Ethen als Kältemittel verwendet wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß im Kreislauf 1 Chlordifluormethan oder ein Gemisch aus Pentafluorethan, 1.1.1 Trifluorethan und 1.1.1.2 Tetrafluorethan als Kältemittel verwendet wird, daß im Kreislauf 2 Trifluormethan als Kältemittel verwendet wird und daß im Kreislauf 3 Tetrafluormethan als Kältemittel verwendet wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verdampfen des im Kreislauf 1 verwendeten Kältemittels ein Luftstrom mit einer Temperatur im Bereich zwischen 0 und -30 Grad Celsius erzeugt und einem ersten Behandlungsraum zugeführt wird, daß durch Verdampfen des im Kreislauf 2 verwendeten Kältemittels ein Luftstrom mit einer Temperatur im Bereich zwischen -60 und -80 Grad Celsius erzeugt und einem zweiten Behandlungsraum zugeführt wird, und daß schließlich durch Verdampfen des im Kreislauf 3 verwendeten Kältemittels ein Luftstrom mit einer Temperatur im Bereich unter -100 Grad Celsius erzeugt und einem dritten Behandlungsraum zugeführt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung der komprimierten Kältemittelgase jeweils indirekt mittels Druckwasser erfolgt und die vom Druckwasserkreislauf aufgenommene Wärme an Verbraucher abgegeben wird.

8. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß von drei in Reihe nebeneinander angeordneten, jeweils in sich geschlossenen und jeweils aus Gaskompressor, Gaskühler, Kondensator, Flüssigkeitssammler, Flüssigkeitstrockner und Verdampfer bestehenden Kältemittelkreisläufen jeder Kreislauf als Verdampfer einen Kaltlufterzeuger besitzt und daß von diesen drei Kreisläufen der erste Kreislauf sowie der zweite Kreislauf (2) je eine Bypassleitung parallel zum Kaltlufterzeuger besitzen, welche durch je einen Wärmetauscher führt, der zugleich als Verflüssiger Bestandteil des jeweils benachbarten Kältemittelkreislaufes ist, während im Kreislauf 1 ein luftgekühlter Wärmetauscher als Verflüssiger für das Kältemittel dient.

9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der drei Verdampfer/Kaltlufterzeuger konstruktiver Bestandteil jeweils eines der drei nebeneinander angeordneten Behandlungsräume ist, wobei der dem zweiten Kältekreislauf (2) zugeordnete und die von dessen Verdampfer erzeugte Kaltluft aufnehmende Behandlungsraum mit jedem der beiden anderen Behandlungsräume begehbar verbunden ist, von denen der erste die vom Verdampfer in dem Kältekreislauf (1) erzeugte Kaltluft aufnimmt und den Eingangs- bzw. Ausgangsbereich für Patienten darstellt.

10. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der drei Kältemittelkreisläufe hinter dem Kompressor ein Wärmetauscher geschaltet ist, dessen Primärseite mit der Zu- und Ablaufleitung für das zirkulierende Kältemittel und dessen Sekundärseite mit der Zulaufleitung für Kaltwasser und der Ablaufleitung für erwärmtes Wasser verbunden ist.