KR101840346B1

KR101840346B1 - 냉각 기체 회수 장치를 갖는 극저온 치료기 및 이의 제어방법

Info

Publication number: KR101840346B1
Application number: KR1020170100260A
Authority: KR
Inventors: 한승무
Original assignee: 주식회사 비엠텍월드와이드
Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2018-05-04

Abstract

본 발명은 냉각 기체를 저장하는 냉각용기(110); 상기 냉각용기에 단열배관으로 연결되고, 상기 냉각용기에서 토출된 기체를 수용하는 정압챔버(120); 상기 정압챔버(120)에서 토출되는 기체를 핸드피스로 안내하는 토출배관(130); 상기 토출배관에 구비되어 토출배관을 개폐하는 토출밸브(135); 상기 토출배관(130)과 상기 정압펌프(120)를 연결하여 기체를 회수하는 회수배관(150); 상기 회수배관에 구비되어 회수배관을 개폐하는 회수밸브(170); 및 상기 회수배관(150)에 구비되되 상기 회수밸브(170)의 전방에 구비되는 압축펌프(160);를 더 포함하고, 상기 회수배관(150)이 상기 토출배관에 연결되는 연결지점은, 상기 토출밸브(135) 보다 후방에 위치하는 극저온 치료기에 관한 것이다.
본 발명은 정압챔버에 일정 압력 상태의 냉각 기체를 상시적으로 저장하고 있으므로 전원 투입 즉시 분사로 사용 가능한 이점이 있고, 또한, 치료기 사용 후 토출배관에 잔존하는 냉각 기체를 회수하여 재 사용할 수 있어서 낭비를 막아주는 유리한 효과가 발생한다.

Description

냉각 기체 회수 장치를 갖는 극저온 치료기 및 이의 제어방법{CRYOGENIC THERAPEUTIC DEVICE HAVING REGENERATION DEVICE FOR COLD GAS AND THE CONTROLLING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 극저온 치료기 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각 기체를 환부에 분사하는 동작을 마친 후 토출배관에 잔존하는 냉각 기체를 다시 회수하여 재활용할 수 있는 수단을 구비한 극저온 치료기와 그 제어방법에 관한 것이다.

극저온 치료기는, 극저온의 냉각 기체를 피치료자의 환부에 분사함으로써 통증의 완화, 부종 경감 등의 치료에 사용되는 장치이다. 즉, 환부를 낮은 온도로 유지하여 통증의 완화, 부종의 경감 등에 사용하는 기기로서, 급격한 온도 변화의 열 충격에 의해 활성화된 피부인 경수 요체는 대뇌로 경계신호를 보내고 대뇌는 자율신경반사 시스템을 통해 즉각 반응, 자가치유기능을 통해 치료하는 원리의 의료용 저온기이다.

도 1은 종래의 극저온 치료기의 외관을 예시적으로 도시한 것이며, 도 2는 종래 극저온 치료기의 구성을 나타낸 도면이다. 종래의 극저온 치료기는, 냉각 기체 생성부와 장치 전반을 제어하는 제어부를 포함하는 본체와 냉각 기체를 환부에 분사하는 핸드 피스로 구성된다. 핸드 피스는 케이블에 의해 본체의 냉각 기체 생성부와 연결되어 이로부터 전달되는 냉각 기체를 조작자가 손에 쥐고 환부에 분사함으로써 극저온 치료를 수행하게 된다.

극저온 치료기는 위와 같이 피부에 냉각 기체를 분사하여 피부의 온도가 내려가게 하는 것으로, 지속적으로 냉각 기체를 공급할 수 있어야 하며, 치료용 냉각기체로 질소 또는 이산화탄소를 일반적으로 사용하고, 이들 냉각 기체를 탱크에 저장한 후 필요시 환부로 분사하도록 하고 있다.

그런데, 극저온치료기에서 사용되는 액체질소나 이산화탄소를 저온 용기에 액체 상태로 보관되는 것이 일반적이며, 사용시에 저온 용기 입구에 설치된 히터로 액체상태의 질소나 이산화탄소를 기화시켜 사용한다. 기화된 냉각 기체는 압력을 가지게 되며 호스와 핸드피스를 통해 환부로 분사된다.

이러한 기존의 방식에서는 액체 질소나 이산화탄소가 기체로 기화되어 필요한 압력을 가진 상태로 진행할 때까지 수 분의 시간이 필요하며 냉기의 온도 및 압력이 일정치 않으며, 치료가 끝나고 나서도 잔여 기체가 계속 분출되는 현상이 있어 냉각 기체가 낭비되는 문제가 있었다.

본 발명의 극저온 치료기는, 이상의 문제점을 해결하기 위하여 전원 투입 즉시 냉각 기체를 분사하여 사용가능하며 사용 후 냉각 기체를 회수하여 낭비를 막아주는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 용기 입구에 히터와 별도로 단열 배관으로 연결된 정압 챔버에서 즉시 사용한 상태로 압을 유지하는 냉각 기체를 보관하면서 회수배관과 압축펌프 등으로 이루어진 냉기 회수 시스템을 갖추고 있어서 잔존 기체를 다시 회수하여 사용할 수 있게 되어 냉각 기체의 활용의 효율성이 높아지는 극저온 치료기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 냉각 기체를 환부에 분사하는 극저온 치료기로서, 냉각 기체를 저장하는 냉각용기(110); 상기 냉각용기에 단열배관으로 연결되고, 상기 냉각용기에서 토출된 기체를 수용하는 정압챔버(120); 상기 정압챔버(120)에서 토출되는 기체를 핸드피스로 안내하는 토출배관(130); 상기 토출배관에 구비되어 토출배관을 개폐하는 토출밸브(135); 상기 토출배관(130)과 상기 정압챔버(120)를 연결하여 기체를 회수하는 회수배관(150); 상기 회수배관에 구비되어 회수배관을 개폐하는 회수밸브(170); 및 상기 회수배관(150)에 구비되되 상기 회수밸브(170)의 전방에 구비되는 압축펌프(160);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기를 제공한다.

상기 회수배관(150)이 상기 토출배관에 연결되는 연결지점은, 상기 토출밸브(135) 보다 후방에 위치한다.

상기 정압챔버에는, 외부와 열전달을 차단하는 단열재;와 내부 압력을 감지하는 압력센서가 구비되고, 상기 냉각용기의 입구에는 액체 상태의 기체를 기화시키는 히터(115)가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 극저온 치료기를 제어하는 방법으로서, 상기 정압챔버의 압력을 확인하는 제1단계; 상기 정압챔버의 압력이 설정치보다 낮으면 액상의 기체에 열을 가하여 기화시키는 제2단계; 상기 정압챔버의 압력이 설정치 이상이면, 상기 회수밸브는 닫힌 상태로 상기 토출밸브를 개방하여 기체를 상기 토출배관을 통해 핸드피스로 보내는 제3단계; 및 상기 토출밸브를 닫고, 상기 회수밸브를 개방하면서 상기 압축펌프를 작동시키서 상기 회수배관에 잔존하는 기체를 정압챔버로 회수하는 제4단계;를 포함하는 극저온 치료기를 제어하는 방법을 제공한다.

상기 제4단계에서 상기 압축펌프 작동 후 소정 시간 경과 후 상기 회수밸브가 닫히고 상기 압축펌프 작동이 정지하는 제5단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 정압챔버에 일정 압력 상태의 냉각 기체를 상시적으로 저장하고 있으므로 전원 투입 즉시 분사로 사용 가능한 이점이 있고, 또한, 치료기 사용 후 토출배관에 잔존하는 냉각 기체를 회수하여 재 사용할 수 있어서 낭비를 막아주는 유리한 효과가 발생한다.

도 1은 종래의 극저온 치료기의 외관을 예시적으로 도시한 것이며,
도 2는 종래 극저온 치료기의 구성을 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기의 개념적인 구성이며,
도 4는 본 발명에 따른 극저온 치료기의 제어방식 흐름도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기의 개념적인 구성이다.

도면을 참조하여 본 발명을 살펴보면, 본 발명의 극저온 치료기(100)는 기체를 냉각하여 저장하는 냉각용기(110)와 상기 냉각용기에 단열배관(118)으로 연결되고 상기 냉각용기에서 일정량 토출된 냉각 기체를 수용하는 정압챔버(120)와 상기 정압챔버(120)에서 토출되는 기체를 핸드피스로 안내하는 토출배관(130)과 상기 토출배관에 구비되어 토출배관을 개폐하는 토출밸브(135)를 구비하고, 상기 토출배관의 말단에는 핸드피스(140)가 구비되어 냉각 기체가 환자의 환부에 분사된다.

상기 정압챔버(120)에는 상기 냉각용기(110)에서 보관되던 냉각 기체가 투입되어 일정 압력 상태의 냉각 기체를 상시적으로 저장하고 있도록 한다. 이를 통해 극저온 치료기를 사용하기 위해 치료기를 작동하는 즉시 정압챔버에 저장된 냉각 기체가 핸드피스로 분사될 수 있게 되어 전원 투입 즉시 사용이 가능한 이점이 있다. 상기 냉각용기와 정압챔버는 단열배관(118)으로 연결되어 열전달을 차단하고, 상기 냉각챔버 역시 단열재 등을 통해 외부와의 열전달을 차단하여 냉온과 압력을 동시에 유지하도록 한다.

또한, 본 발명은, 상기 토출배관(130)과 상기 정압챔버(120)를 연결하여 사용후 토출배관에 잔존하는 기체를 회수하는 회수배관(150)을 더 구비한다. 상기 회수배관에는 회수밸브(170)가 구비되어 있다. 상기 회부밸브는 냉각 기체를 환부에 분사하는 치료기 동작 중에는 닫힌 상태를 유지하여 회수배관을 차단하고, 치료기 사용을 마친 후 냉각 기체를 정압챔버로 회수하는 회수 동작이 일어나는 경우에 맞추어 상기 회수배관을 개방하도록 한다. 그리고, 본 발명의 치료기는, 회수배관에 구비되어 회수 동작시 냉각 기체를 정압챔버로 이송시키는 압축펌프(160)를 더 구비한다.

상기 압축펌프(160)는 상기 회수배관(150)에 구비되되 상기 회수밸브(170)의 냉각 기체 흐름상 전방에 구비되는 것이 좋다. 그리고, 상기 회수배관(150)는, 상기 토출밸브(135) 보다 후방 위치에서 상기 토출배관(130)에 연결되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 정압챔버에는, 외부와 열전달을 차단하는 단열재와 함께 내부 압력을 감지하는 압력센서(125)가 구비되고, 상기 냉각용기의 입구에는 액체 상태의 기체를 기화시키는 히터(115)가 구비되어 정압챔버의 기체 압력이 떨어지는 경우 히터에 의해 냉각용기에 저장된 냉각 액체를 기화시켜 정압챔버로 보내게 된다.

도 4를 참조하여, 본 발명의 상기 구성을 가진 극저온 치료기가 동작하는 모습을 살펴보면, 치료기 장치에 전원을 투입하면 제어기는 정압챔버의 압력을 확인하고 압력이 설정보다 낮으면 히터에 전압을 인가하여 액체상태의 질소 또는 이산화탄소를 가열한다. 열 에너지를 받아 질소 또는 이산화탄소가 기화하여 정압챔버로 모이고, 정압챔버는 용기와 마찬가지로 단열이 되어 있어 이전에 사용하던 냉각 기체가 그대로 보관되어 있다. 그런데, 만약 압력이 설정치 이상이면 토출 밸브를 열어 냉각 기체를 핸드피스로 보낸다. 이때 회수 밸브는 닫혀 있다.

본 발명은 이와 같이 정압챔버에 별도로 냉각 기체를 기화된 상태로 상시 보관하고 있기 때문에 전원이 투입되면 그리고 냉각챔버의 압력이 설정치 이상 유지되고 있으면 즉시 냉각 기체를 환부에 분사하여 사용이 가능한 점이 특징이다.

이후, 치료기 사용이 끝나면 토출 밸브를 닫고 압축 펌프를 작동시킨다. 동시에 회수 밸브를 열어 핸드피스까지의 토출배관 구간에 남아 있는 잔여 기체를 회수하여 정압챔버로 보낸다. 이상의 과정은 제어기에 의해 이루어지며 제어기는 PID(Proportional-Integral-Derivative)제어를 하여 압력을 조절하도록 한다. 제어입력은 압력이며 출력은 히터와 밸브, 펌프이다. 비례-적분-미분 제어기(PID 제어기)는 실제 응용분야에서 가장 많이 사용되는 대표적인 형태의 제어기법이다. PID 제어기는 기본적으로 피드백(feedback)제어기의 형태를 가지고 있으며, 제어하고자 하는 대상의 출력값(output)을 측정하여 이를 원하고자 하는 참조값(reference value) 혹은 설정값(setpoint)과 비교하여 오차(error)를 계산하고, 이 오차값을 이용하여 제어에 필요한 제어값을 계산하는 구조이며, 일반적인 제어 기술이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 이러한 제어 과정을 단계적으로 정리하면, 전원이 켜진 경우 먼저, 상기 정압챔버의 압력을 확인하는 제1단계와, 상기 정압챔버의 압력이 설정치보다 낮으면 액상의 기체에 열을 가하여 기화시키는 제2단계와, 상기 정압챔버의 압력이 설정치 이상이면, 상기 회수밸브는 닫힌 상태로 상기 토출밸브를 개방하여 기체를 상기 토출배관을 통해 핸드피스로 보내는 제3단계로 이루어진다.

그리고, 치료과정을 마친 후에는, 상기 토출밸브를 닫고 상기 회수밸브를 개방하면서 상기 압축펌프를 작동시키서 상기 회수배관에 잔존하는 기체를 정압챔버로 회수하는 제4단계를 포함하며, 상기 제4단계에서 상기 압축펌프 작동 후 소정 시간 경과 후에는 상기 회수밸브가 닫히고 상기 압축펌프 작동이 정지하는 제5단계를 더 포함할 수 있다. 상기 회수밸브를 닫아서 상기 정압펌프의 압력이 유지되도록 한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...극저온 치료기
110...냉각용기
115...히터
120...정압챔버
125...압력센서
130...토출배관
135...토출밸브
140...핸드 피스
150...회수배관
160...압축펌프
170...회수밸브

Claims

냉각 기체를 환부에 분사하는 극저온 치료기로서,
냉각 기체를 액상으로 저장하는 냉각용기;
상기 냉각용기에 단열배관으로 연결되고, 상기 냉각용기에서 토출된 기체를 수용하는 정압챔버;
상기 정압챔버에서 토출되는 기체를 핸드피스로 안내하는 토출배관;
상기 토출배관에 구비되어 토출배관을 개폐하는 토출밸브;
상기 토출배관과 상기 정압챔버를 연결하여 기체를 회수하는 회수배관;
상기 회수배관에 구비되어 회수배관을 개폐하는 회수밸브; 및
상기 회수배관에 구비되되 상기 회수밸브의 전방에 구비되는 압축펌프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
제1항에 있어서,
상기 회수배관이 상기 토출배관에 연결되는 연결지점은, 상기 토출밸브 보다 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
제1항에 있어서,
상기 정압챔버에는, 외부와 열전달을 차단하는 단열재;와 내부 압력을 감지하는 압력센서가 구비되고,
상기 냉각용기의 입구에는 액체 상태의 기체를 기화시키는 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 극저온 치료기를 제어하는 방법으로서,
상기 정압챔버의 압력을 확인하는 제1단계;
상기 정압챔버의 압력이 설정치보다 낮으면 상기 냉각용기의 액상 기체에 열을 가하여 기화시키는 제2단계;
상기 정압챔버의 압력이 설정치 이상이면, 상기 회수밸브는 닫힌 상태로 상기 토출밸브를 개방하여 기체를 상기 토출배관을 통해 핸드피스로 보내는 제3단계; 및
상기 토출밸브를 닫고, 상기 회수밸브를 개방하면서 상기 압축펌프를 작동시키서 상기 회수배관에 잔존하는 기체를 정압챔버로 회수하는 제4단계;를 포함하는 극저온 치료기를 제어하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 제4단계에서 상기 압축펌프 작동 후 소정 시간 경과 후 상기 회수밸브가 닫히고 상기 압축펌프 작동이 정지하는 제5단계를 더 포함하는 극저온 치료기를 제어하는 방법.