УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДНОЙ ГАЗОВОЙ СТРУИ Российский патент 1997 года по МПК F25B9/02 A61B17/26 

Изобретение относится к криомедицине.

Известно устройство для получения холодной газовой струи, которая содержит мелкие капли жидкого хладагента, его пары и инжектируемый воздух.

Недостатками этого устройства является:
нестабильность динамического напора газовой струи, расход которой определяется давлением в сосуде, создаваемым путем испарения части жидкого хладагента за счет внешнего теплового потока. Мощность теплового потока определяется разностью температуры окружающей среды и хладагента,
нерегулируемая температура газовой среды и близкая к температуре кипения жидкого хладагента при атмосферном давлении,
непроизводительные потери хладагента, так как капли его не успевают испариться и отдать свой хладоресурс газовой струе.

Работа другого устройства исключает часть недостатков первого аналога. Хладагент успевает полностью отдать свой хладоресус в газовую струю, температура которой может изменяться в широком диапазоне.

Однако это устройство имеет свои недостатки:
сравнительно сложная система регулирования и подачи рабочих тел,
непроизводительные потери хладагента из-за высокой температуры второго рабочего тела (горячий газ).

Другое аналогичное устройство позволяет исключить непроизводительные потери хладагента за счет использования второго рабочего тела с температурой, равной температуре окружающей среды, но имеет сложную систему удаления влаги из второго рабочего тела.

Аналогичное устройство, в котором наилучшим образом удалось избежать выше перечисленные недостатки, принято за прототип. Устройство включает теплоизолированный сосуд с жидким хладагентом и расходное сопло с встроенным датчиком температуры, соединенные основной магистралью, содержащей запорное устройство, дозатор и теплообменник.

Недостатками прототипа являются:
изменение температуры газовой струи достигается либо частичным сбросом давления газовой подушки из сосуда вручную вентилем, что не гарантирует точности, либо изменением мощности электронагревателя, что достаточно инерционно,
регулировка температуры газовой струи в узком диапазоне: от минус 180^oС до минус 160^oС.

Предлагаемое в настоящей заявке устройство исключает эти недостатки. Это достигается тем, что в предлагаемое устройство для получения холодной газовой струи помимо теплоизолированного сосуда с жидким хладагентом и расходного сопла с встроенным датчиком температуры, соединенных основной магистралью, на которой установлены запорное устройство, дозатор и теплообменник, введены буферная емкость, расположенная между теплообменником и запорным устройством, и две байпасные магистрали, на которых установлены запорное устройство и дозатор, при этом байпасные магистрали соединены с основной магистралью одним концом после теплоизолированного сосуда, а другим концом одна до теплообменника, а другая за теплообменником, и дозаторы выполнены с обеспечением одинакового массового расхода.

Все признаки, обеспечивающие достижение цели, необходимы и достаточны, и исключение хотя бы одного из них приведет к невыполнению поставленной задачи.

Указанная совокупность существенных признаков, позволяющая повысить эффективность и экономичность устройства, не обнаружена в известных технических решениях, что позволяет считать предлагаемые устройство, что оно обладает критерием патентоспособности.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для получения холодной газовой струи.

Устройство включает теплоизолированный сосуд 1 и расходное сопло 2 с встроенным датчиком температуры 3. Теплоизолированный сосуд и расходное сопло связаны основной магистралью 4, включающей дозатор 5, теплообменник 6 и запорное устройство 7. Две байпасные магистрали 8 и 9, содержат соответственно дозаторы 10 и 11 и запорные устройства 12 и 13. Байпасные магистрали имеют общую точку А отбора хладагента после теплоизолированного сосуда и точки Б и В ввода его до после теплообменника. Все запорные устройства, теплообменник и датчик температуры электрически связаны с блоком управления 14. Теплообменник состоит из двух секций, размещенных последовательно друг за другом, в одной из которых нагрев и испарение хладагента осуществляется за счет тепла, поступающего из окружающей среды, а другой нагрев газообразного хладагента за счет контакта с открытой электроспиралью. За точкой В размещена буферная емкость 15, в которой улавливаются возможные отдельные капли хладагента и доиспаряются на стенках емкости.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

После заправки жидким хладагентом теплоизолированного сосуда 1 в нем поддерживается на заданном уровне давление паров за счет испарения части хладагента. Из сосуда после открытия всех запорных устройств 7, 12 и 13 к точке отбора А поступает поток хладагента, который через дозаторы попадает в магистрали 4,8 и 9. На выходе расходного сопла 2 появляется газовая струя. В первый момент хладагент испаряется и нагревается за счет тепла, аккумулированного в магистралях. При достижении заданной температуры газовой струи на выходе расходного сопла датчик 3 фиксирует температуру и дает информацию в блок управления 14. В блоке управления формирует соответствующие команды. При снижении температуры газовой струи ниже заданной в блоке управления формируются команды на закрытие запорного устройства 13 и открытие запорного устройства 12 и включение второй секции теплообменника 6. Вторая секция теплообменника необходима для компенсации холода вносимого хладагента в точку Б по байпасной магистрали 8. Суммарная тепловая мощность теплообменника такова, что температура газовой струи на выходе всегда повышается. При изменении температуры газовой струи выше заданной по сигналу датчика температуры 3 в блоке управления 14 формируются команды на закрытие запорного устройства 12, открытие запорного устройства 13 и отключение второй секции теплообменника 6. Таким образом происходит регулирование температуры газовой струи с заданным допуском. Переключение потоков вызывает пульсацию как температуры, так и динамического напора газовой струи. Сглаживание пульсации температуры и динамического напора газовой струи происходит в буферной емкости за счет снижения скорости потока струи и перемешивания ее с порцией газа, находящегося в самой емкости.

В настоящее время изготовлены 3 опытных образца. "Установки криогенной передвижного типа для ревматологии" изделие 7011. Опытные образцы прошли государственные и клинические испытания успешно.

Использование: в криомедицине. Сущность изобретения: устройство для получения холодной газовой струи включает теплоизолированный сосуд с жидким хладагентом и расходное тело, соединенное основной магистралью, включающей дозатор, теплообменное устройство, буферную емкость и запорное устройство, снабжено двумя байпасными магистралями, в каждой из которых размещены дозатор и запорное устройство, с точкой отбора хладагента непосредственно после теплоизолированого сосуда и точками ввода, одна из которых размещена в основной магистрали для теплообменного устройства, а другая - после, при этом запорные устройства в байпасных магистралях работают в противофазном режиме открытия и закрытия. 1 ил.

Устройство для получения холодной газовой струи, содержащее теплоизолированный сосуд с жидким хладагентом и расходное сопло с встроенным датчиком температуры, соединенные основной магистралью, на которой установлены запорное устройство, дозатор и теплообменник, отличающееся тем, что устройство снабжено буферной емкостью, расположенной между теплообменником и запорным устройством, и двумя байпасными магистралями, на каждой и которых установлены запорное устройство и дозатор, при этом байпасные магистрали соединены с основной магистралью одним концом после теплоизолированного сосуда, а другим концом одна до теплообменника, а другая за теплообменником, дозаторы выполнены с обеспечением одинакового массового расхода.