Кріохірургічна установка

1. Кріохірургічна установка, яка містить балон зі стисненим газоподібним робочим тілом, підключений за допомогою пневмомагістралі до кріоінструмента, який складається з протитечійного дросельного теплообмінника, створеного трубками, які навиті на порожнистий палець та впаяні на теплому кінці в колектор, канюлі з наконечником, яка відрізняється тим, що пневмомагістраль має на деякій ділянці обводної лінії з підвищеним гідроопором, приєднаної за допомогою запорних при 29991 В.И. Грищенко, Б.П. Сандомирского. - К.: "Здоров'я", 1987. - 248 с.) або з балона, як у апараті "Криолор Д-1" (Грезин А.К., Зиновьев B.C. "Микрокриогенная техника". - М.: Машиностроение, 1977. 232 с.), що використовується у ЛОР-практиці, до теплообмінника кріоінструмента, що має локальний або розподілений дросельний орган, у якому газ розширюється і одночасно охолоджується. Для досягнення низьких температур, при яких в кріоінструменті утворюється рідка фаза робочого тіла, відбувається теплообмін між потоком високого тиску і потоком, який рухається по теплообміннику у зворотному напрямку після розширення робочого тіла в дроселі та відведення ним тепла від об'єкта, що заморожується. В замкнутих кріогенних циклах робоче тіло, заправлене в контур установки з самого початку, може використовуватись протягом всього експлуатаційного ресурсу з частковою підзарядкою в разі мікротравлення. Балонні системи, незважаючи на необхідність частого поновлення запасів холодоагента (кріоагента) у зв'язку з його вивітренням в атмосферу під час роботи, приваблюють своєю простотою, невеликими масами і габаритними розмірами, низькою вартістю, достатньо високою надійністю, оперативністю через відсутність компресорно-конденсаторних агрегатів, на яких побудовані замкнуті цикли. А зниження частоти заправок балона робочим тілом забезпечується введенням регулювання холодопродуктивності. В цілому для регулювання холодопродуктивності в дросельних системах в залежності від теплового навантаження і необхідної швидкості охолодження об'єкта з метою скорочення енерговитрат (в замкнутих установках) та збільшення тривалості роботи від балона (в розімкнутих установках) в мікрокріогенній техніці, досягнення якої покладено в основу кріохірургічних пристроїв, відомо застосування різних регуляторів витрат: дилатометричного типу, на основі сільфонних елементів, з використанням матеріалу, який володіє властивостями "пам'яті форми" (стаття "Саморегулирующиеся дроссельные микроохладители Архарова А.М., Десятова A.T. "Tpyды МВТУ им. Н.Э. Баумана, М., 1976, вып. № 239, с. 59-74). У згаданій вище установці "Криолор Д-1", яку прийнято за прототип запропонованого рішення, накопичене в балоні робоче тіло може використовуватись порціонувально в будь-який час, без втрат у перервах між операціями. Подача його з балона в дросельний теплообмінник (мікроохолоджувач) кріоінструмента здійснюється по гнучкому трубопроводу. Розширений у дросельному теплообміннику потік у вигляді паро-рідинної суміші обмиває внутрішню поверхню, так званої, кріоканюлі, на кінці якої зовні закріплено змінний робочий наконечник необхідної форми. В пальці теплообмінника для прискореного відігріву наконечника після операції передбачено канал продувки, по якому газ із балона, обминаючи трубки теплообмінника, надходить в порожнину канюлі, відігріває її і потім протитечією викидається в атмосферу. Проте, в установці, про яку йде мова, температура на наконечнику, який безпосередньо контактує з ураженою тканиною, не може регулюватися при підготовці до операції та її проведенні з урахуванням змін (падіння) тиску в балоні, розмірів об'єкта, який необхідно заморозити, вимог до кріовоздії (швидкості заморожування). Крім того, зміна (підвищення) температури на наконечнику при закінченні операції шляхом газового відігріву у прототипі незабезпечено ефективним конструкторським рішенням. Дійсно, газ, який підводять по каналу продувки в канюлю, буде мати високий тиск, що - небезпечно, а головне, підвід буде супроводжуватися дроселюванням та зниженням температури газу усередині мікроохолоджувача, внаслідок чого процес відігріву буде уповільнено. В основу винаходу поставлено завдання розробити таку кріохірургічну установку, в якій буде забезпечено двох-трьохкратну зміну навантаження на наконечнику при збереженні температури на ньому та скорочення тривалості режиму "відігріву" у 1,5-2 рази у порівнянні з природним відігрівом. Для вирішення поставленого завдання в кріохірургічній установці, яка містить балон зі стисненим газоподібним робочим тілом, підключений за допомогою пневмомагістралі до кріоінструмента, який складається з протитечійного дросельного теплообмінника, створеного трубками, які навиті на порожнистий палець та впаяні на теплому кінці в колектор, канюлі з наконечником; пневмомагістраль має на деякій ділянці обвідної лінії з підвищеним гідроопором, приєднаної за допомогою електропневмоклапанів, а до кріоінструменту введені регулятор температури наконечника і перепускний клапан, причому регулятор температури виконано у вигляді циліндричного поршня з магнітом'якого матеріалу, розташованого з зазором у порожнині канюлі, та кільця з магнітотвердого сплаву, який охоплює корпус канюлі і здатного переміщатися уздовж нього, а перепускний клапан виготовлено в пальці теплообмінника шляхом установки зі сторони холодного кінця сідла, яка сполучає порожнину з порожниною пальця, відкритий в атмосферу, і з боку теплового кінця – гострого стержня, повернутого гострим кінцем до сідла та закріпленого на пружному елементі, який ділить герметично порожнини пальця і колектора з можливістю осьового переміщення та відмиканнязамикання сідла. Додатково палець теплообмінника може бути з матеріалу з високим коефіцієнтом температурного розширення. Запропонований винахід пояснюється кресленням (фіг.), на якому схематично зображено загальний вигляд кріохірургічної установки. До складу установки входить балон 1, заправлений робочим тілом до тиску в декілька десятків кгс/см2 (150 кгс/см2 і вище), пневмомагістраль 2, яка з'єднує балон з кріоінструментом 3, який, в свою чергу, складається з протитечійного дросельного теплообмінника 4 і канюлі 5 з наконечником 6. Теплообмінник 4 утворено капілярними трубками 7, навитими на порожній палець 8 та впаяними на вході в колектор 9. Пневмомагістраль 2 обладнано короткою обводною лінією 10, приєднаною паралельно до пневмомагістралі за допомогою електропневмоклапанів 11. В порожнині канюлі 5 установлено поршень 12, а зовні на корпусі канюлі кільце 13, які утворюють магнітний регулятор температури наконечника. В пальці 8 теплообмінника 4, біля його холодного кінця, розташовано сідло 14, через яке порожнини канюлі і пальця сполучаються, і через неї з атмосферою. Порожнина 2 29991 трубного колектора 9 поділена герметично з порожниною 8 за допомогою пружного елемента 15, на якому закріплено гострий стержень 16, який служить для відмикання та замикання сідла. Пружним елементом може бути або мембрана, або сильфон. Для виготовлення кільця 13 можна використати S CO, наприклад, марки КС-37; поршня 12 – вуглецеву сталь, наприклад, ст. 20. Корпус канюлі повинен бути виготовлений з немагнітного матеріалу, нержавіючої сталі, наприклад, 1Х18Н10Т. Установка працює таким чином. У режимі "заморожування", який починається за командою подачі електроживлення на електропневмоклапан (ЕПК), розташований на пневмомагістралі; стиснене газоподібне робоче тіло (винятково азот) через відкрившийся ЕПК надходить із балона по пневмомагістралі до колектора теплообмінника. Підвищення тиску в колекторі примушує деформуватися пружний елемент, який разом з закріпленим на ньому стержні зміщується в сторону сідла. Стержень перекриває отвір у сідлі. Одночасно з цим стиснений газ надійде до трубок теплообмінника та, здроселювавшись, заповнить порожнину канюлі, вихід з якої при замкнутому сідлі можливий тільки через міжтрубний простір теплообмінника. Виходячи через нього в атмосферу, холодний газ зворотного потоку відбирає тепло від нових порцій робочого тіла, які надходять до теплообмінника. Пускова частина режиму "заморожування" закінчується появою в порожнині канюлі, точніше, у тій її частині з боку теплообмінника, яка обмежена циліндричним поршнем, рідкої фази холодоагента (кріоагента). Головне завдання - охолодження робочого органа - наконечника вирішується відводом від нього тепла по корпусу канюлі, площа перерізу якого повинна бути спеціально підібраною. У зміні положення поршня, тобто його приближенні або віддаленні від наконечника, а разом з поршнем приближенні або віддаленні жидкої фази та, отже перерізу на корпусі канюлі, температура на якому близька до температури рідкого робочого тіла, і полягає процедура регулювання температури наконечника. Примусове переміщення поршня здійснюється зміщенням вручну вздовж корпусу канюлі магнітного кільця, усередині якого і буде "зависати поршень". В цьому і є принципова різниця розроб леного регулятора від відомих, при використанні яких температура на наконечнику залежить від початкової наладки регулятоpa. Позитивною якістю даного регулятора є те, що регулювання здійснюється у будь-який час без проникнення усередину герметичної порожнини. В режимі "отогрів" ЕПК на основній пневмомагістралі закривається, зате зразу відкривається ЕПК на обводній лінії. Проходячи нею, робоче тіло в значній мірі "втрачає" тиск внаслідок великого гідравлічного опору, закладеного в цю лінію. До колектора теплообмінника в цьому випадку газ надходить під тиском 30-20 кгс/см2 та меншим. При такому тиску у колекторі угинання пружного елемента в бік сідла зменшується і отвір у сідлі відкривається. У результаті, робоче тіло, яке пройшло до полості канюлі по трубках теплообмінника. вертається вже не по міжтрубному простру, а по пальцю теплообмінника, порожнина якою має на теплому кінці вихід в атмосферу. Теплообмін між прямим та зворотним потоками робочого тіла практично припиняється, а температурний ефект дроселювання виявляється малим, так як тиск газу на вході до дросельного теплообмінника – малий. Відбувається процес продувки кріоінструмента порівняно теплим газом, що забезпечує відігрів канюлі і наконечника та можливість швидкого видалення кріоінструмента із замороженого об'єкта. Виготовлення пальця і стержня з матеріалів, які суттєво відрізняються за коефіцієнтом температурного розширення, дозволяє підвищити надійність запирання сідла, тобто підсилити запираючу дію пружного елемента, завдяки тому, що в дилатометричній парі палець - стержень під час охолодження пасивний елемент - стержень буде скорочуватися у довжині менше, ніж активний елемент палець. Розрахунково-експериментальні дослідження запропонованого на винахід технічного рішення, які пропонуються, довели, що в такій установці може бути допущено (регулюванням) двох-трьократну зміну навантаження на наконечнику при збереженні температури на ньому та скороченні тривалості режиму "отогріву" у 1,5-2 рази, порівняно з відігрівом природним. 3 29991 Фіг. __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 35 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4