Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для локальной гипотермии полостных органов

Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для локальной гипотермии полостных органов

Реферат

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для лечения полостных органов, в частности, в гинекологии, оториноларингологии, проктологии, косметологии.

Прототипом изобретения является термоэлектрическое полупроводниковое устройство для локального замораживания тканей гортани [1]. Устройство включает в себя аппликатор из материала с высокой теплопроводностью, приводимый в контакт с биообъектом, систему изменения температуры аппликатора в виде воздействующего и опорного двухкаскадных термоэлектрических модулей и теплового мостика между ними в виде медного стержня, двухканальный блок питания, электрическую схему регулировки температуры, подставку под криоинструмент с вмонтированной сигнальной лампочкой и датчиком температуры.

Недостатками известной конструкции являются: большие габариты устройства в результате использования стандартных термоэлектрических модулей на торцах теплового мостика, то есть прослеживается прямая зависимость между размерами используемых термоэлектрических модулей и площадью сечений теплового мостика, находящихся друг с другом в тепловом контакте. Поскольку устройство предназначено для оториноларингологии, которая подразумевает лечение полостных органов, объект охлаждения и источник холода по специфике работы могут быть размещены в труднодоступных удаленных друг от друга местах. В предложенной в прототипе конструкции не имеется возможности механической развязки объекта охлаждения и источника холода в силу ограниченной длины теплового мостика из-за возможных тепловых потерь по его длине.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков: повышение эффективности теплопередачи по тепловому мостику, уменьшение габаритов устройства и возможность механической развязки аппликатора, воздействующего на объект охлаждения, и источника холода.

Для устранения указанных недостатков предлагается конструкция устройства, состоящая из герметичного охлаждающего блока, внутри которого содержится полупроводниковая термоэлектрическая батарея, холодные спаи которой находятся в тепловом контакте с капиллярно-пористым материалом, пропитанным рабочей жидкостью, а горячие спаи находятся в тепловом контакте с жидкостным теплообменником, имеющим высокотеплопроводный радиатор. Герметичный охлаждающий блок имеет гибкие жидкостную и паровую трубки, герметично соединенные с жесткой цилиндрической ручкой, внутри которой расположены две высокотеплопроводные трубки малого и большого диаметра для подключения гибких жидкостной и паровой трубок соответственно. Гибкая жидкостная трубка содержит электромагнитный нагнетатель, состоящий из двух магнитных катушек, расположенных на поверхности гибкой жидкостной трубки, а между ними в ее внутренней полости находится поршень, изготовленный из магнитного сплава, а также фиксаторы движения поршня. Соединяясь при выходе из жесткой цилиндрической ручки, высокотеплопроводные трубки малого и большого диаметра образуют воздействующий высокотеплопроводный аппликатор с развитой внутренней поверхностью посредством расположенных в его полости закругленных ребер.

Конструкция предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Устройство состоит из герметичного охлаждающего блока 1, выполненного из теплоизоляционного материала и содержащего полупроводниковую термоэлектрическую батарею 2, спаи которой в целях электроизоляции покрыты керамическими пластинами 3, 4. Холодные спаи 5 ТЭБ через керамическую пластину 3 находятся в тепловом контакте со слоем капиллярно-пористого материала 6, пропитанного рабочей жидкостью, и выполняют функцию конденсатора. Горячие спаи 7 ТЭБ находятся через керамическую пластину 4 в тепловом контакте с высокотеплопроводным радиатором 8, омываемым жидкостью, циркулирующей в жидкостном теплообменнике 9. Герметичный охлаждающий блок 1 имеет гибкие жидкостную 10 и паровую 11 трубки, герметично соединенные с жесткой цилиндрической ручкой 12, которая, как и гибкие жидкостная 10 и паровая 11 трубки, выполнена из теплоизоляционного материала. Гибкая жидкостная трубка 10 входит в герметичный охлаждающий блок 1 на уровне слоя капиллярно-пористого материала 6, который частично переходит в ее полость. Для улучшения циркуляции рабочей жидкости в устройстве гибкая жидкостная трубка 10 содержит электромагнитный нагнетатель, состоящий из двух магнитных катушек 13, расположенных на поверхности гибкой жидкостной трубки 10, а между ними в ее внутренней полости находится поршень 14, изготовленный из магнитного сплава, а также фиксаторы движения поршня 15. Внутри жесткой цилиндрической ручки 12 расположены две высокотеплопроводные трубки малого 16 и большого 17 диаметра для подключения гибких жидкостной 10 и паровой 11 трубок соответственно. Концы высокотеплопроводных трубок малого 16 и большого 17 диаметра выходят за торцевую поверхность цилиндрической ручки 12 и, соединяясь между собой, образуют воздействующий высокотеплопроводный аппликатор 18, выполняющий роль испарителя. Внутренняя поверхность воздействующего высокотеплопроводного аппликатора 18 имеет закругленные ребра 19 для интенсификации теплообмена.

Принцип работы предлагаемого устройства следующий.

Подавая электрический ток определенной полярности на полупроводниковую термоэлектрическую батарею 2, расположенную в герметичном охлаждающем блоке 1, добиваемся понижения температуры холодных спаев 5, что позволит охлаждать находящийся с ними в тепловом контакте слой капиллярно-пористого материала 6 до температуры конденсации рабочей жидкости, которой он пропитан. Частичный переход капиллярно-пористого материала 6 в полость гибкой жидкостной трубки 10 за счет капиллярных сил будет способствовать продвижению рабочей жидкости в полость гибкой жидкостной трубки 10. Поочередная подача электрического тока на магнитные катушки 15 заставит поршень 14, изготовленный из магнитного сплава, совершать поступательные движения вдоль гибкой жидкостной трубки 10, что улучшит циркуляцию рабочей жидкости в устройстве, а фиксаторы движения поршня 15 не позволят поршню 14 подвинуться за допустимые пределы. Далее рабочая жидкость поступает в высокотеплопроводную трубку малого диаметра 16, расположенную в жесткой цилиндрической ручке 12, выполненной из теплоизоляционного материала. Попадая в высокотеплопроводный аппликатор 18, контактирующий с объектом охлаждения и имеющим закругленные ребра 19 на его внутренней поверхности, рабочая жидкость начинает испаряться. Далее пар по высокотеплопроводной трубке большого диаметра 17, гибкой паровой трубке 11 достигает герметичного охлаждающего блока 1 и заполняет весь его свободный объем, дно которого покрыто капиллярно-пористым материалом 6, при контакте с которым пар вновь превращается в рабочую жидкость. Охлаждение и стабилизация температуры горячих спаев 7 происходит при помощи жидкостного теплообменника 9, имеющего для интенсификации теплообмена с жидкостью высокотеплопроводный радиатор 8.

Литература:

1. Патент №2245695, кл. A61F 7/00, 2004. Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для локального замораживания тканей гортани / Исмаилов Т.А., Аминов Г.И., Рагимова Т.А.

Термоэлектрическое полупроводниковое устройство для локальной гипотермии полостных органов содержащее аппликатор, термоэлектрическую систему изменения температуры аппликатора, включающую охлаждающий блок, в котором имеется полупроводниковая термоэлектрическая батарея, холодные спаи которой находятся в тепловом контакте с рабочей жидкостью, а горячие спаи - в тепловом контакте с жидкостным теплообменником, отличающееся тем, что охлаждающий блок выполнен герметичным и имеет гибкие жидкостную и паровую трубки, соединенные с жесткой цилиндрической ручкой, гибкая жидкостная трубка входит в герметичный охлаждающий блок на уровне слоя капиллярно-пористого материала, контактирующего с холодными спаями, который частично переходит в ее полость и пропитан рабочей жидкостью, а также содержит электромагнитный нагнетатель, состоящий из двух магнитных катушек, расположенных на поверхности гибкой жидкостной трубки, между которыми в ее внутренней полости находится поршень, изготовленный из магнитного сплава и фиксаторы движения поршня, в цилиндрической ручке расположены две высокотеплопроводные трубки малого и большого диаметра для подключения гибких жидкостной и паровой трубок, соответственно, концы которых соединены на выходе за торцевой поверхностью ручки с образованием воздействующего аппликатора, имеющего развитую внутреннюю поверхность в виде расположенных в его полости закругленных ребер.