Патент на изобретение №2343882

(54) ТЕПЛОВАЯ ТРУБА С ИНТЕНСИФИКАЦИЕЙ ОТВОДА ГАЗА

(57) Реферат:

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для охлаждения локального объема внутри биологического объекта. Тепловая труба с интенсификацией отвода газа содержит полую трубку, запаянную с обеих сторон, внутри которой имеется капилляр в виде тонкой трубочки из теплоизоляционного материала, и термоэлектрический модуль, рабочие спаи которого примыкают к зоне конденсации, а опорные спаи сопряжены с проточным теплообменником. Со стороны зоны испарения полая трубка сужается в виде острого конуса, а со стороны зоны конденсации расширяется в виде закрытого раструба, капилляр в зоне конденсации имеет расширение, заполненное пористым материалом в виде металлической губки, установленной с обеспечением теплового контакта с пластиной, закрывающей раструб, с другой стороной которой сопряжены рабочие спаи термоэлектрического модуля. Пространство между проточным теплообменником и пластиной, свободное от термоэлектрического модуля, заполнено теплоизоляцией, капилляр в зоне испарения имеет конусовидное сужение, по наружной поверхности которого проточен расширяющийся от острия спиралевидный паз в виде винта Архимеда, борта которого примыкают с внутренней стороны к острому конусу трубки. В зазоре между стенками капилляра и трубки из того же материала, что и капилляр, на расстоянии 3-4 см от места расширения трубки в раструб выполнена перегородка, разделяющая полость зазора на две части, а со стороны раструба в зазоре с возможностью перемещения, плотно к стенкам установлен поршень, выполненный в виде кольца из магнитного сплава, при этом в перегородке и поршне имеются клапаны, пропускающие газ в направлении от зоны испарения к зоне конденсации и не пропускающие в обратном направлении, а снаружи трубки намотаны изолированным медным проводом две обмотки, причем одна – напротив перегородки, а другая – на расстоянии 1,5-2 см от нее в сторону раструба. Использование изобретения позволяет повысить эффективность охлаждения локального объема внутри биологического объекта за счет повышения концентрации газообразного теплоносителя в зоне конденсации. 1 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в медицине для охлаждения локального объема внутри биологического объекта.

В медицинской практике встречаются случаи, когда требуется охладить локальный объем внутри тела человека с какой-либо терапевтической целью. Например, в абдоминальной хирургии локальное замораживание используется при лечении кист, альвеококкоза и гемангиом печени, при резекциях печени и поджелудочной железы. Имеются сообщения о применении криодеструкции при панкреонекрозе [1]. Лечебный эффект при этом основан на быстром купировании ферментной токсемии и предупреждении гнойных осложнений. Под воздействием такой температуры деструкция ткани поджелудочной железы происходит практически в асептических условиях, не сопровождаясь выраженной лейкоцитарной инфильтрацией.

В нейрохирургии локальное замораживание применяется при лечении различных локализованных изменениях головного мозга, например торсионной дистонии [2].

Во всех этих случаях, как правило, используются аппараты, работающие по принципу использования низкотемпературных хладагентов (обычно – жидкий азот). Недостатком данных аппаратов является, во-первых, сложность и громоздкость аппаратуры, а во-вторых, сложность самой процедуры и контроля параметров воздействия.

Чтобы избавиться от громоздкости аппаратов и упростить саму процедуру проведения терапии, предлагается использовать тепловые трубы для переноса тепла от ткани к теплоотводу. Однако имея очень малое тепловое сопротивление, тепловые трубы имеют так же ряд недостатков, ограничивающих их применение [3]. Во-первых, в стандартных конструкциях тепловых труб жидкая фаза протекает по стенке тепловой трубы, а поток газа – внутри, что приводит к значительному поглощению тепла со стенки, а не только с конца в зоне испарения. Во-вторых, для обеспечения максимальной передающей способности в стандартной тепловой трубе создается пониженное давление, вследствие чего в зоне конденсации газ находится в разреженном состоянии, что затрудняет отдачу тепла и переход в жидкую фазу.

Целью изобретения является разработка конструкции тепловой трубы, обеспечивающей высокую эффективность работы за счет повышения концентрации теплоносителя газообразного вида в зоне конденсации, а так же отбор тепла только с конца, в котором находится зона испарения.

Для достижения указанной цели предлагается тепловая труба с интенсификацией отвода газа, структурная схема которой приведена на чертеже.

Устройство представляет собой полую трубку 1, запаянную с обеих сторон, причем со стороны зоны испарения сужающуюся в виде острого конуса 2, а со стороны зоны конденсации расширяющуюся в виде закрытого раструба 3. Внутри трубки 1 проложен капилляр 4, выполненный в виде тонкой трубочки из теплоизоляционного материала. В зоне конденсации капилляр 4 также имеет расширение, которое заполнено пористым материалом, представляющим собой металлическую губку 5. Данная металлическая губка с обеспечением теплового контакта примыкает к пластине 6, закрывающей раструб 3. С другой стороны пластины 6 сопряжены рабочие спаи термоэлектрического модуля 7. Отвод тепла с опорных спаев термоэлектрического модуля 7 осуществляется при помощи проточного теплообменника 8. Пространство между проточным теплообменником 8 и пластиной 6, свободное от термоэлектрического модуля 7, заполнено теплоизоляцией 9. В зоне испарения капилляр 4 имеет конусовидное сужение, по наружной поверхности которого проточен расширяющийся от острия спиралевидный паз 10 в виде винта Архимеда. Борта паза 10 примыкают с внутренней стороны к острому конусу 2 трубки 1. Между капилляром 4 и стенкой трубки 1, на расстоянии 3-4 см от места расширения трубки 1 в раструб 3 имеется перегородка 11, изготовленная из того же материала, что и капилляр 4. В зазоре между стенками капилляра 4 и трубки 1 плотно к стенкам перемещается поршень 12, изготовленный из магнитного сплава, представляющий собой кольцо. И в перегородке 11 и в поршне 12 имеются клапаны 13, пропускающие газ в направлении от зоны испарения к зоне конденсации и не пропускающие в обратном направлении. Снаружи трубки 1 намотаны изолированным медным проводом две обмотки 14, причем одна намотана напротив перегородки 11, а другая – на расстоянии 1.5-2 см от нее в сторону раструба 3.

Во время работы предлагаемого устройства на обмотки 14 подается попеременно напряжение таким образом, что в образующемся магнитном поле поршень 12 совершает принудительные возвратно-поступательные движения. Вследствие того, что полость зазора между стенками капилляра 4 и трубки 1 разбита перегородкой 11 на две части, где из одной газ откачивается (из зоны испарения), а в другую нагнетается, эффективность тепловой трубы резко возрастает. Это происходит потому, что процессы испарения и конденсации хладагента проходят в энергетически более выгодных условиях. Хладагент в жидкой фазе, поступая внутрь острого конуса 2, движется по пазу 10, быстро переходя в газообразное состояние в условиях пониженного давления. Газ, пройдя по зазору между стенкой трубки 1 и капилляром 4, поступает в зону конденсации, попадает в поры металлической губки 5 при более высоком давлении и, отдав ей тепло, переходит в жидкую фазу. Тепло от металлической губки 5 отводится с помощью термоэлектрического модуля 7 в жидкостной теплообменник 8. Так как у наружной стенки тепловой трубы протекает газ, а не жидкость, теплопередача по боковой стенке значительно уменьшена.

Данное устройство отличается малыми габаритами, точностью дозировки отводимого количества теплоты и независимостью от ориентации в пространстве. Может быть использовано в любой сфере деятельности человека, где требуется отвод тепла из различных мягких веществ и тел.

Литература:

1. Альперович Б.И., Парамонова Л.М. и Мерзликин Н.В. Криохирургия печени и поджелудочной железы, Томск, 1985.

3. Дан П.Д., Рей Д.А. Тепловые трубы / Пер. с англ.: – М.: Энергия, 1979 г. – 272 с., ил.

Формула изобретения

Тепловая труба с интенсификацией отвода газа, содержащая полую трубку, запаянную с обеих сторон, внутри которой имеется капилляр в виде тонкой трубочки из теплоизоляционного материала, и термоэлектрический модуль, рабочие спаи которого примыкают к зоне конденсации, а опорные спаи сопряжены с проточным теплообменником, отличающаяся тем, что со стороны зоны испарения полая трубка сужается в виде острого конуса, а со стороны зоны конденсации – расширяется в виде закрытого раструба, капилляр в зоне конденсации имеет расширение, заполненное пористым материалом в виде металлической губки, установленной с обеспечением теплового контакта с пластиной, закрывающей раструб, с другой стороной которой сопряжены рабочие спаи термоэлектрического модуля, пространство между проточным теплообменником и пластиной, свободное от термоэлектрического модуля, заполнено теплоизоляцией, капилляр в зоне испарения имеет конусовидное сужение, по наружной поверхности которого проточен расширяющийся от острия спиралевидный паз в виде винта Архимеда, борта которого примыкают с внутренней стороны к острому конусу трубки, в зазоре между стенками капилляра и трубки, из того же материала, что и капилляр, на расстоянии 3-4 см от места расширения трубки в раструб, выполнена перегородка, разделяющая полость зазора на две части, а со стороны раструба в зазоре с возможностью перемещения, плотно к стенкам, установлен поршень, выполненный в виде кольца из магнитного сплава, при этом в перегородке и поршне имеются клапаны, пропускающие газ в направлении от зоны испарения к зоне конденсации и не пропускающие в обратном направлении, а снаружи трубки намотаны изолированным медным проводом две обмотки, причем одна – напротив перегородки, а другая – на расстоянии 1,5-2 см от нее в сторону раструба.

РИСУНКИ