PL237911B1 - Urządzenie do krioterapii ogólnoustrojowej z zespołem maszynowni - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzenia komory do krioterapii ogólnoustrojowej połączony z układem do kontroli stężenia tlenu w jej wnętrzu. Rozwiązanie znajduje zastosowanie w terapii przy zastosowaniu niskich temperatur.

Z polskiego dokumentu patentowego PAT.157168B1 jest znane urządzenie do wykonywania zabiegów krioterapeutycznych zawierające komorę dla pacjentów oraz zespół zasilania tej komory w powietrze o temperaturze kriogenicznej, w którego skład wchodzi obieg doprowadzania powietrza ze sprężarką i osuszaczem oraz obieg chłodzenia powietrza ze zbiornikiem ciekłego gazu i wymiennikiem ciepła. Urządzenie zawiera wstępny wymiennik ciepła, końcowy wymiennik ciepła, element natryskowy, przy czym umieszczony w komorze dla pacjentów wstępny wymiennik ciepła połączony jest przewodami ze zbiornikiem ciekłego gazu, wymiennikiem ciepła i elementem natryskowym, również osadzonym w komorze, natomiast końcowy wymiennik ciepła połączony jest przewodami z wymiennikiem ciepła i otoczeniem, a także ze sprężarką powietrza i osuszaczem. Ze zgłoszenia patentowego US20150265460 jest znana instalacja do przeprowadzania zabiegów krioterapii powietrznej, obejmująca zamkniętą komorę kriogeniczną z drzwiami z izolacją cieplną i czujnikiem ciepła, maszyną chłodniczą ze skraplaczem i źródłem zasilania oraz zespół sterujący i przewód doprowadzający chłodziwo, w którym układ chłodniczy ma dwie kaskady, a parownik z wentylatorem jest zainstalowany w suficie lub ścianie komory kriogenicznej i jest połączony za pomocą przewodu doprowadzającego chłodziwo z dwukaskadowym układem chłodniczym, w którym na wlocie do parownika zainstalowany jest zawór regulacji temperatury, a komora kriogeniczna jest wyposażona w zawór do wyrównywania ciśnienia ze środowiskiem zewnętrznym. Zawór wyrównawczy jest wyposażony jest w grzejnik elektryczny, podobnie jak rama drzwi komory kriogenicznej. Konstrukcja komory zawiera także konsolę sterowania z panelem czujnikowym na zewnętrznej powierzchni komory kriogenicznej. W innym zgłoszeniu patentowym US20160089262A1 ujawniono urządzenie do krioterapii umożliwiające uzyskanie w komorze do krioterapii jednolitej temperatury na powierzchni całego ciała pacjenta. Podczas użytkowania urządzenie umożliwia aktywne rozprowadzanie zimnego powietrza w zamkniętej przestrzeni bez niepożądanej konsekwencji ścinania wiatru, zwykle spowodowanego wymuszonym ruchem zimnego powietrza. Układ chłodzenia zawiera zbiornik z cieczą kriogeniczną połączony poprzez zawór z komorą kriogeniczną za pomocą przewodu dostarczającego ciecz do komory. W komorze znajduje się układ wymuszający wdmuchiwanie par cieczy kriogenicznej w komorze, składający się z wentylatora z silnikiem, kanału powietrznego, który jest umieszczony za wieloma wymiennikami ciepła, element odchylający, o półokrągłym przekroju poprzecznym, pary cieczy kriogenicznej i również przepuszczalną membranę, która działa także, jako osłona osób w komorze kriogenicznej przed kontaktem z wymiennikiem ciepła. Problemem technicznym stawianym przed wynalazkiem jest zapewnienie takiego urządzenia do krioterapii, które charakteryzowałoby się niskim zużyciem cieczy kriogenicznych i jednoczesnym utrzymaniem stałej i niskiej temperatury we wnętrzu komory, co przekładałoby się na obniżenie kosztów eksploatacyjnych takiego urządzenia. Niespodziewanie powyższe problemy rozwiązał prezentowany wynalazek.

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do krioterapii ogólnoustrojowej z zespołem maszynowni zawierające kriokomorę i zespół maszynowni, który zawiera obudowę kanału górnego wlotowego, która jest połączona od dołu z obudową kształtki wentylacyjnej, łączącą się od dołu z obudową wymiennika ciepła, przy czym na ścianie bocznej znajduje się instalacja doprowadzająca ciecz kriogeniczną i odprowadzająca pary cieczy kriogenicznej, i dolny kołnierz wymiennika ciepła łączy się z obudową dolnego kanału wylotowego, i urządzenie jest połączone z układem zasilania, charakteryzujące się tym, że obudowa górnego kanału wlotowego ma kształt litery L, i w obudowie kształtki wentylacyjnej jest umieszczony wentylator kanałowy, przy czym pomiędzy kształtką wentylacyjną a wymiennikiem ciepła jest umieszczona grzałka, i na ścianie bocznej obudowy dolnego kanału wylotowego znajduje się układ kontroli stężenia tlenu we wnętrzu komory kriogenicznej połączony z zespołem maszynowni kriokomory poprzez rurę miedzianą, przy czym jeden koniec rury miedzianej przechodzi przez ścianę obudowy dolnego kanału wylotowego, przy czym koniec ten jest zagięty w kierunku osi dolnego kanału wylotowego, zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza w dolnym kanale wylotowym. Przy czym obudowa kanału wlotowego zawiera w sobie kanał powietrzny, którego kształt odpowiada kształtowi obudowy i przekrój podłużny kanału powietrznego i obudowy ma kształt litery L. Zapewnia to samoistny napływ powietrza cyrkulującego we wnętrzu komory samoistnie (pasywnie) napływało do rury miedzianej. Na rurę miedzianą jest nawinięty izolowany zewnętrznie przewód grzejny, i drugi koniec rury miedzianej łączy się z modułem czujnikowym układu kontroli stężenia tlenu, który to moduł umieszczony jest

PL 237 911 B1 w puszcze pomiarowej. We wnętrzu dolnego kanału wylotowego znajduje się kierownica wewnętrzna. Jej zadaniem jest rozdział i odpowiednia dystrybucja oziębionego powietrza we wnętrzu komory. Dodatkowo na wyjściu z kanału dolnego wylotowego, a dokładniej na jego przesłonie znajduje się czujnik temperatury Pt100 w obudowie ze stali nierdzewnej, odpowiadający za pomiar i kontrolę temperatury w komorze. W celu umieszczenia czujnika we wnętrzu komory zaprojektowano i użyto tulei montażowej Pt100, przechodzącej przez ścianki obudowy kanału dolnego wylotowego. Puszka pomiarowa jest połączona bezpośrednio z dmuchawą poprzeczną, która jest przymocowana do ściany bocznej puszki pomiarowej od strony zewnętrznej. Puszka pomiarowa jest połączona z dmuchawą poprzeczną przez otwór w ściance bocznej puszki pomiarowej. Dodatkowo układ kontroli stężenia tlenu połączony jest przewodem z modułem sterującym i alarmowym oraz z układem oraz układem sterowania pracą komory. Wymiennik ciepła zasilany jest ciekłym azotem, który doprowadzony zostaje do układu rurek i lameli z ciśnieniowego zbiornika do magazynowania gazów ciekłych, poprzez instalację kriogeniczną, wyposażoną w kriogeniczne zawory elektromagnetyczne, a następnie oziębia przepływające przez wymiennik powietrze odbierając od niego ciepło podczas przemiany cieczy w gaz, zwanej parowaniem. Dodatkowo, jakość wymiany ciepła między parującym ciekłym azotem a cyrkulującym powietrzem sprawdzana jest poprzez kontrolę temperatury par azotu opuszczających instalację wymiennika, przy czym w tym celu wykorzystuje się czujnik temperatury Pt100 w obudowie ceramicznej, montowany w tulei montażowej Pt100, wlutowanej w elementy kolektora wyrzutowego oraz połączonej z tuleją prowadzącą Pt100. Układ kontroli stężenia tlenu we wnętrzu komory składa się z detektora gazów, którego moduł sensoryczny umieszczony jest w puszce pomiarowej, przy czym próbka powietrza pobierana jest z komory i dostarczana przy pomocy rury miedzianej wyposażonej w zaizolowany przewód grzejny, połączonej jednym końcem z komorą pomiarową, a drugim z kanałem dolnym wylotowym komory, przy czym podkreślić należy, że koniec ten jest zagięty w kierunku osi kanału w taki sposób, aby powietrze cyrkulujące we wnętrzu komory samoistnie (pasywnie) napływało do rury miedzianej i puszki pomiarowej. Elementem dodatkowym zapewniającym odpowiedni przepływ próbkowanego powietrza jest dmuchawa poprzeczna połączona z puszką pomiarową i przymocowana do jednej z jej ścianek od strony zewnętrznej. Detektor gazów połączony jest z modułem sterującym i alarmowym przeznaczonym do współpracy z detektorem gazów oraz układem sterowania pracą komory. Kriokomora do krioterapii ogólnoustrojowej z zespołem maszynowni połączonej z układem do kontroli stężenia tlenu, wg. wynalazku, stanowi urządzenie do prowadzenia krioterapii całego ciała w atmosferze zimnego powietrza. Minimalna możliwa do osiągnięcia w jej wnętrzu temperatura wynosi -140°C. Uzyskanie tak niskich temperatur wymaga wydajnego i zarazem w pełni bezpiecznego systemu chłodzenia. W tym celu opracowano układ chłodzenia połączony z układem kontroli stężenia tlenu charakteryzujący się tym, że powietrze zasysane jest z wnętrza komory poprzez wentylator, a następnie przepływając przez system kanałów oraz wymiennik ciepła, ochładza się i trafia z powrotem do komory, skąd ponownie zostaje zassane, przy czym wentylator umieszony jest w kształtce wentylacyjnej połączonej od góry z kanałem górnym o kształcie L, a od dołu z wymiennikiem ciepła, przy czym w dodatkowej przestrzeni między wymiennikiem a kształtką wentylacyjną znajduje się grzałka elektryczna służąca do podgrzewania powietrza w czasie cyklu suszenia komory. Umiejscowienie grzałki między wentylatorem a wymiennikiem ciepła znacząco wpływa na proces wygrzewania oraz suszenia komory, ponieważ gorące powietrze w pierwszej kolejności ogrzewa wymiennik ciepła, którego wkład jest najzimniejszym elementem urządzenia, a następnie przy obniżonej temperaturze osusza wnętrze komory, przez co wydłuża okres żywotności elementów wykończenia dzięki umiejętnemu i spokojnemu ich ogrzewaniu. Dalej wymiennik połączony jest z kanałem dolnym wylotowym, w którego wnętrzu znajduje się kierownica wewnętrza umożliwiająca poprawną dystrybucję powietrza. Cyrkulacja powietrza prowadzona jest aż do momentu uzyskania odpowiedniej temperatury zabiegu, przy czym temperatura ta kontrolowana jest z wykorzystaniem czujnika temperatury Pt100 w obudowie ze stali nierdzewnej, znajdującego się na przesłonie kanału dolnego.

Zespół maszynowni wg. wynalazku ma kompaktową budowę, co jednocześnie ułatwia i przyspiesza proces jej składania, jak również późniejszy montaż całego urządzenia. Zamontowanie czujnika temperatury Pt100 w obudowie ze stali nierdzewnej na wyjściu z kanału dolnego wylotowego i przy wykorzystaniu teflonowej tulei montażowej umożliwia w sposób łatwy i co najważniejsze precyzyjny sterować pracą komory, a ponadto szybki i bezproblemowy montaż, jak również demontaż czujnika temperatury. Umiejscowienie czujnika temperatury Pt100 w obudowie ceramicznej w miedzianej tulei montażowej wlutowanej w kolektor instalacji wyrzutowej pozwala w odpowiedni sposób zabezpieczyć czujnik przed uszkodzeniami mechanicznymi oraz zapewnia właściwy kontakt z medium chłodniczym, co

PL 237 911 B1 pozwala w odpowiedni sposób kontrolować jakość wymiany ciepła w wymienniku. Umieszczenie kierownicy we wnętrzu kanału dolnego wylotowego daje możliwość zachowania laminarnego przepływu powietrza, a jednocześnie utrzymania jego większej prędkości w trakcie trwania zabiegu, co pozwala utrzymać wysoką efektywność wymiany ciepła oraz zapewnia właściwą dystrybucję zimnego powietrza we wnętrzu komory kriogenicznej. Sposób i miejsca montażu czujników, jak również zastosowanie kierownicy rozdzielającej strumień zimnego powietrza ma znaczący wpływ na konsumpcję ciekłego azotu, ponieważ umożliwia maksymalne wykorzystanie potencjału chłodniczego ciekłego azotu, co pozwala zredukować jego zużycie i zapewnia wysoką sprawność energetyczną urządzenia. Inną zaletą rozwiązania wg wynalazku jest zamontowanie układu kontroli stężenia tlenu na ścianie bocznej, co daje do niego łatwy dostęp, który jest niezbędny podczas wszelkich prac serwisowych, takich jak np. okresowe kalibracje lub wymiany sensora. Kolejną zaletą konstrukcji wg wynalazku jest budowa układu kontroli stężenia tlenu, który dzięki zastosowaniu rury miedzianej ma zapewnioną szczelność oraz należytą odporność mechaniczną, a dodatkowa dmuchawa poprzeczna sprzężona z układem wysysa próbkowane powietrze i gwarantuje jego odpowiedni przepływ. Dodatkowo należy podkreślić, że rura miedziana wyposażona jest w przewód grzejny, a jej koniec wprowadzony do wnętrza komory poprzez kanał dolny jest zagięty w kierunku osi kanału zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza. Zaletą takiego rozwiązania jest prostota konstrukcji, która w przypadku ew. awarii dmuchawy dzięki swej budowie zapewni ciągle próbkowanie powietrza o należytej temperaturze zawierającej się w przedziale pracy detektora oraz uniemożliwia mechaniczne zapchanie się rurki, co tym samym gwarantuje niezawodność pracy układu kontroli stężenia tlenu, który jest jednym z najważniejszych układów bezpieczeństwa urządzenia.

Przykłady realizacji przedmiotu wynalazku widoczne są na rysunkach, gdzie przedstawiono na Fig. 1 rzut zespołu maszynowni, Fig. 2 rzut, będącym wyrwaniem, układu kontroli stężenia tlenu, Fig. 3 elementy instalacji kriogenicznej, a także montaż i pozycję wentylatora, Fig. 4 sposób umieszczenia Pt100 na przesłonie (na przekroju), Fig. 5 sposób wygięcia rury pomiarowej, Fig. 6 kriokomorę z zespołem maszynowni, gdzie: 27 - przesłona kanału dolnego wylotowego, 29 - blacha mocująca monitor główny, 30 - skrzynka elektryczna dolna, 31 - laminat modułu maszynowni, 32 - konstrukcja nośna maszynowni, 33 - osłona laminatu modułu komory, 34 - laminat modułu komory.

P r z y k ł a d 1. Budowa zespołu maszynowni

Zespół maszynowni 22 kriokomory składa się z kanału górnego L 8, połączonego od dołu z kształtką wentylacyjną 1, w której wnętrzu umieszczony jest wentylator kanałowy 15, wymuszający obieg zimnego powietrza. Dolna część kształtki wentylacyjnej łączy się z wymiennikiem ciepła 2, przy czym w przestrzeni między kształtką a pakietem wymiennika umieszczona jest grzałka 9, która montowana jest w specjalnie przygotowanym w obudowie wymiennika otworze montażowym. Dolny kołnierz wymiennika ciepła połączony jest z kanałem dolnym wylotowym 3, w którego wnętrzu umieszczono kierownicę wewnętrzną 4, mającą za cel poprawnie rozdzielać i dystrybuować oziębione powietrze we wnętrzu komory. Dodatkowo na wyjściu (3a) z kanału dolnego wylotowego, a dokładniej na jego przesłonie (27) znajduje się czujnik temperatury Pt100 w obudowie ze stali nierdzewnej 5, odpowiadający za pomiar i kontrolę temperatury w komorze, przy czym w celu umieszczenia czujnika we wnętrzu komory zaprojektowano i użyto tulei montażowej Pt100 7, przechodzącej przez ścianki kanału od strony prawej. W celu dostarczenia ciekłego azotu do wymiennika zaprojektowano i wyposażono wymiennik ciepła w kriogeniczną instalację zasilającą 19, której głównymi elementami są elektrozawory kriogeniczne 18. Azot w postaci gazowej odprowadzany jest poprzez instalację wyrzutową 20, do której wlutowano tuleję montażową Pt100 21, połączoną z tuleją prowadzącą Pt100 17 i zakończonej dławnicą kablową. W tulei tej zamontowany jest czujnik temperatury Pt100 w obudowie ceramicznej 16, mierzący temperaturę par azotu opuszczających instalację wymiennika, w celu kontroli jakości wymiany ciepła między parującym ciekłym azotem a cyrkulującym powietrzem.

Układ kontroli stężenia tlenu 23 we wnętrzu komory kriogenicznej jest zamocowany na ściance bocznej kanału górnego L. Składa się on z detektora gazów 10, którego moduł sensoryczny umieszczony jest w puszce pomiarowej 12, połączonej z rurą miedzianą 11 z nawiniętym i izolowanym zewnętrznie przewodem grzejnym 6. Drugi koniec rury miedzianej umieszczony jest w kanale dolnym wylotowym, przy czym podkreślić należy, że koniec ten jest zagięty w kierunku osi kanału w taki sposób, aby powietrze cyrkulujące we wnętrzu komory samoistnie (pasywnie) napływało do rury miedzianej i puszki pomiarowej. Elementem dodatkowym zapewniającym odpowiedni przepływ próbkowanego powietrza jest dmuchawa poprzeczna 14 połączona z puszką pomiarową i przymocowana do jej prawej ściany bocznej od strony zewnętrznej, w której wykonano otwór umożliwiający wysysanie próbkowanego powietrza. Detektor gazów połączony jest z modułem sterującym i alarmowym 13 przeznaczonym

PL 237 911 B1 do współpracy z detektorem gazów oraz układem sterowania pracą komory, który w przypadku wykrycia zbyt niskiego lub zbyt wysokiego stężenia tlenu w atmosferze panującej we wnętrzu kriokomory uruchomi w urządzeniu tryb alarmowy, umożliwiający pacjentowi bezpieczne opuszczenie komory. Układ zasilany jest poprzez dedykowany zasilacz znajdujący się w szafie sterowniczej urządzenia, który zasila czujnik zawsze, gdy komora jest włączona.

Claims (8)

1. Urządzenie do krioterapii ogólnoustrojowej z zespołem maszynowni zawierające kriokomorę i zespół maszynowni kriokomory (22), który zawiera obudowę kanału górnego wlotowego (8), która jest połączona od dołu z obudową kształtki wentylacyjnej (1), łączącą się od dołu z obudową wymiennika ciepła (2), przy czym na ścianie bocznej znajduje się instalacja doprowadzająca ciecz kriogeniczną (19) i odprowadzająca pary cieczy kriogenicznej (20), i dolny kołnierz wymiennika ciepła (2) łączy się z obudową dolnego kanału wylotowego (3) na ścianie bocznej zespołu maszynowni, i urządzenie jest połączone z układem zasilania, znamienne tym, że obudowa górnego kanału wlotowego (8) ma kształt litery L, i w obudowie kształtki wentylacyjnej (1) jest umieszczony wentylator kanałowy (15), przy czym pomiędzy kształtką wentylacyjną (1) a wymiennikiem ciepła (2) jest umieszczona grzałka (9), i na ścianie bocznej obudowy dolnego kanału wylotowego (3) znajduje się układ kontroli stężenia tlenu we wnętrzu komory kriogenicznej (23) połączony z zespołem maszynowni kriokomory (22) poprzez rurę miedzianą (11), przy czym jeden koniec rury miedzianej (11) przechodzi przez ścianę obudowy dolnego kanału wylotowego (3), przy czym koniec ten jest zagięty w kierunku osi dolnego kanału wylotowego (3), zgodnie z kierunkiem przepływu powietrza w dolnym kanale wylotowym (3).

2. Urządzenie wg. zastrz. 1, znamienne tym, że we wnętrzu obudowy dolnego kanału wylotowego (3) zespołu maszynowni kriokomory (22) znajduje się kierownica wewnętrzna (4).

3. Urządzenie wg. któregokolwiek z zastrz. od 1 do 2, znamienne tym, że na wyjściu z kanału dolnego (3a) wylotowego zespołu maszynowni kriokomory (22), a dokładniej na jego przesłonie (27) znajduje się czujnik temperatury Pt100 w obudowie ze stali nierdzewnej (5).

4. Urządzenie wg. któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienne tym, że czujnik temperatury Pt100 jest zamontowany do obudowy komory przy użyciu tulei montażowej Pt100 (7), przechodzącej przez ścianki obudowy kanału dolnego wylotowego (3) zespołu maszynowni kriokomory (22).

5. Urządzenie wg. zastrz. 1, znamienne tym, że na rurę miedzianą (11) jest nawinięty izolowany zewnętrznie przewód grzejny (6), i drugi koniec rury miedzianej łączy się z modułem detektora gazów (10) układu kontroli stężenia tlenu (23), który to moduł umieszczony jest w puszcze pomiarowej (12).

6. Urządzenie wg. zastrz. 5, znamienne tym, że puszka pomiarowa (12) jest połączona bezpośrednio z dmuchawą poprzeczną (14), która jest przymocowana do ściany bocznej puszki pomiarowej (12) od strony zewnętrznej wymiennika ciepła (2).

7. Urządzenie wg. któregokolwiek z zastrz. od 5 do 6, znamienne tym, że puszka pomiarowa (12) jest połączona z dmuchawą poprzeczną (14) przez otwór w ściance bocznej puszki pomiarowej (12).

8. Urządzenie wg. zastrz. od 1, znamienne tym, że układ kontroli stężenia tlenu (23) połączony jest przewodem z modułem sterującym i alarmowym (13) oraz z układem sterowania pracą komory znajdującym się w górnej skrzynce elektrycznej (28) .