CS237026B1

CS237026B1 - Heat exchanger of cryosurgical instruments

Info

Publication number: CS237026B1
Application number: CS834641A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Zeman; Stanislav Jeleinek; Jan Jelinek
Original assignee: Vaclav Zeman; Stanislav Jeleinek; Jan Jelinek
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1985-06-13
Also published as: CS464183A1

Abstract

Výměník tepla kryochirurgických nástrojů, který je vytvořen jako monolitní těleso, jehož dutina je vyplněna porézním prostředím, například soustavou sítěk. Soustava sítek je v celé dutině orientována kolmo k ose výměníku, nebo je v čelní části dutiny orientována rovnoběžně s podélnou osou výměníku, ve zbylé části pak kolmo k ose výměníku.A cryosurgical instrument heat exchanger, which is designed as a solid body whose cavity is filled with a porous environment, for example a mesh system. The set of sieves is oriented in the entire cavity perpendicular to the axis of the exchanger, or is oriented in the front part of the cavity parallel to the longitudinal axis of the exchanger, in the remaining part it is perpendicular to the axis of the exchanger.

Description

Vynález se týká výměníku tepla kryochirurgických nástrojů vhodných zejména pro autonomní kryokauter.The present invention relates to a heat exchanger of cryosurgical instruments suitable in particular for autonomous cryocauter.

U stávajících kryochirurgických nástrojů se užívá výměníků, u nichž ve vnějším funkčním plášti je vlastní těleso výměníku, jehož dutina je vyplněna porézním prostředím realizovaným soustavou sítek, orientovaných kolmo k ose výměníku. Na tělese výměníku jsou ve vybrání navinuty odporový teploměr, topné vinutí a ochranný teploměr.In existing cryosurgical instruments, exchangers are used, in which the exchanger body itself is in the outer functional shell, the cavity of which is filled with a porous environment realized by a system of sieves oriented perpendicularly to the axis of the exchanger. A resistance thermometer, a heating coil and a protective thermometer are wound on the heat exchanger body.

Toto řešení má řadu nevýhod výrobních i funkčních. Vlastní měděné těleso výměníku musí být vyrobeno s vysokou přesností a vysokou hladkostí povrchu. Tolerance se pohybují kolem 0,005 mm. Se stejnou přesností musí být vyroben i vnější funkční plášť. Vzhledem k tomu, že pro dosažení dobrého tepelného kontaktu obou součástí, tj. tělesa výměníku a pláště jsou obě tyto tenkostěnné součásti do sebe lisovány s přesahem, vzniká při montáži nebezpečí deformace obou dílů. Tato deformace negativně rozhodujícím způsobem ovlivňuje celkový přenášený tepelný výkon výměníku.Stejně obtížná a riskantní je montáž výměníku, například při ohřátí pláště výměníku a podchlazení tělesa výměníku a rychlém zasunutí,This solution has many manufacturing and functional disadvantages. The copper body itself must be manufactured with high accuracy and high surface smoothness. The tolerances are around 0.005 mm. The outer functional envelope must also be produced with the same accuracy. Since, in order to achieve good thermal contact between the two components, i.e. the heat exchanger body and the casing, the two thin-walled components are pressed together with an overlap, there is a risk of deformation of the two parts during assembly. This deformation has a decisive effect on the total transferred heat output of the heat exchanger. It is equally difficult and risky to mount the heat exchanger, for example when the heat exchanger shell is heated and the heat exchanger body is supercooled and quickly inserted,

Z funkčního hlediska má stávající výměník následující nevýhody. Tepelný výkon z tělesa výměníku do pláště výměníku je přenášen malými styčnými plochami, přičemž velikost přenášeného výkonu je navíc závislá na kvalitě jejich kontaktu. Z pláště výměníku je tepelný výkon přenášen dále do operační koncovky přes další teplosměnnou kuželovou plochu. Velký počet přenosových ploch má nutně za následek snižování přenášeného výkonu. Při většině aplikací kryokauteru se využívá k přímému kontaktu se zmrazovaným objektem pouze malé části plochy výměníku, například při použití operačních koncovek se využívá přední kuželové Části — zatímco válcová část se musí někdy izolovat teflonovým krytem, aby nedocházelo k nežádoucím kontaktům mezi tkání a pláštěm výměníku. Plocha, která není v kontaktu s tkání je pasivní a představuje ztrátový výkon. Stejné faktory snižují účinnost topení a tím i rychlost odmrazování nástroje. Další nevýhodou je to, že měření teploty přes plášť výměníku snižuje přesnost měření.From the functional point of view, the existing exchanger has the following disadvantages. The heat output from the heat exchanger body to the heat exchanger shell is transmitted through small contact surfaces, and the magnitude of the transferred power is also dependent on the quality of their contact. From the shell of the exchanger, the heat output is transferred further to the operating terminal via another heat exchange conical surface. A large number of transmission areas necessarily results in reduced transmission power. In most applications of the cryocauter, only a small portion of the exchanger surface is used to directly contact the frozen object, for example, the operating cones use the front conical parts - while the cylindrical part must sometimes be insulated with a Teflon cover to avoid unwanted contact between the tissue and the exchanger jacket. The non-tissue area is passive and represents power loss. The same factors reduce the heating efficiency and thus the defrosting speed of the tool. Another disadvantage is that measuring the temperature through the shell of the exchanger reduces the accuracy of the measurement.

Uvedené nevýhody odstraňuje ve značné míře řešení výměníku tepla kryochirurgického nástroje podle vynálezu. Výměník tepla, který je tvořen pláštěm a vlastním tělesem výměníku, má dutinu, která je vyplněna porézním prostředím, například soustavou sítěk. Podstata řešení podle vynálezu spočívá v tom, že plášť výměníku i vlastní těleso výměníku jsou vytvořeny jako monolitní těleso výměníku tepla. Soustava sítěk v čelní části dutiny je orientována a rovnoběžně s podélnou osou výměníku, ve zbývající části je pak orientována kolmo k ose výměníku.These disadvantages are largely eliminated by the heat exchanger solution of the cryosurgical instrument according to the invention. The heat exchanger, which is formed by the shell and the body of the exchanger, has a cavity which is filled with a porous environment, for example a mesh system. The principle of the solution according to the invention consists in that the heat exchanger housing and the heat exchanger body itself are designed as a monolithic heat exchanger body. The system of meshes in the front part of the cavity is oriented and parallel to the longitudinal axis of the exchanger, in the remaining part it is oriented perpendicular to the axis of the exchanger.

Řešení výměníku tepla podle vynálezu umožňuje soustředit tepelný výkon do kuželové přechodové plochy bez jakýchkoliv dalších přechodů. Výhodou tohoto uspořádání je například to, že vakuovou izolaci tělesa výměníku lze řešit podle potřeby a tím volit velikost aktivní plochy výměníku, což například umožňuje soustředit nejvyšší chladicí výkon do čelní části tělesa výměníku jak odpovídá požadavkům kryoléze. Přenos tepelné energie do tělesa výměníku se uskutečňuje přímým kontaktem dusíku s vnitřním prostorem tělesa výměníku bez dalších teplosměrných parazitních ploch. Tím jsou vytvořeny předpoklady pro přenášení vyššího tepelného výkonu i do operačních koncovek. Odporový teploměr a topné vinutí s ochranným teploměrem jsou navinuty přímo na těleso výměníku, což zvětšuje účinnost topení a přesnost měření teploty výměníku. Toto uspořádání tedy vede ke zvýšení rychlosti zchlazování a zkrácení doby odtávání nástroje.The solution of the heat exchanger according to the invention makes it possible to concentrate the heat output in the conical transition surface without any further transitions. The advantage of this arrangement is, for example, that the vacuum insulation of the heat exchanger body can be solved as needed and thus the size of the active surface of the exchanger can be selected, which for example allows concentrating the highest cooling performance in the front part of the heat exchanger body. The transfer of heat energy to the heat exchanger body takes place by direct contact of the nitrogen with the inner space of the heat exchanger body without further heat-transmitting parasitic surfaces. This creates the prerequisites for transferring higher heat output to the operating terminals. The resistance thermometer and the heating coil with protective thermometer are wound directly on the heat exchanger body, which increases the heating efficiency and the accuracy of the heat exchanger temperature measurement. This arrangement thus leads to an increase in the cooling rate and a shortening of the defrosting time of the tool.

Z hlediska výroby přináší popisované řešení další výhody. Těleso výměníku tvoří jednu součást bez zvláštních nároků na přesnost — mimo kuželové plochy — výroby. Odpadá náročná výroba pláště výměníku a lícování s tělesem výměníku. Podstatně je zjednodušena montáž výměníku a prakticky vyloučena možnost zničení celého výměníku při montáži. Vyloučením dotykových přenosových ploch mezi tělesem a pláštěm výměníku je zaručen přenášený tepelný výkon po celou dobu životnosti nástroje. Použitím výměníku podle vynálezu odpadá nutnost výroby a užití izolačních tepelných krytů z teflonu.From the production point of view the described solution brings further advantages. The heat exchanger body forms one part without special demands on the accuracy - outside the conical surfaces - of the production. There is no need to manufacture the coil shell and fit the coil body. The installation of the heat exchanger is considerably simplified and the possibility of destroying the entire exchanger during assembly is practically eliminated. By eliminating the contact transmission surfaces between the housing and the shell of the exchanger, the transferred heat output is guaranteed throughout the tool life. By using the exchanger according to the invention, there is no need to manufacture and use insulating Teflon heat shields.

U dosavadních kryokauterů je rozptyl dosahovaných maximálních chladicích výkonů mezi jednotlivými výrobky značný. Řešení podle vynálezu vytváří předpoklady pro podstatné snížení rozptylu dosahovaných chladicích výkonů. Příkladné provedení výměníku tepla kryochirurgických nástrojů je znázorněno na obr. 1 a 2. Na obr. 1 je schematicky znázorněn výměník tepla pro různé kryochirurgické koncovky a na obr. 2 je výměník tepla k přenosu chladicího výkonu do operační koncovky s ochlazováním čelní a válcové plochy.In the existing cryocutheres, the dispersion of the maximum cooling capacity achieved between individual products is considerable. The solution according to the invention creates preconditions for a substantial reduction in the dispersion of the achieved cooling capacities. An exemplary embodiment of a cryosurgical instrument heat exchanger is shown in Figs. 1 and 2. Fig. 1 schematically illustrates a heat exchanger for various cryosurgical endings, and Fig. 2 shows a heat exchanger for transferring cooling power to an end-and-cylindrical surface cooling end.

Výměník tepla na obr. 1 sestává z monolitního tělesa 1 výměníku, v jehož dutině je porézní prostředí 2, tvořené soustavou sítěk uspořádaných v přední části, dutiny paralelně s podélnou osou výměníku tepla — tato část je realizována spirálovitě stočenou síťkou. Ve zbylé části dutiny je porézní prostředí 2 realizováno soustavou paralelních mezikruží ze síťoviny, jejichž obvod je v přímém kontaktu s vnitřní plochou monolitního tělesa 1 výměníku. Na vnějším povrchu monolitního tělesa 1 výměníku je buďto ve šroubovicoivé drážce nebo v drážkách vytvořených zápichem umístěn snímač 3 teploty, topné vinutí 4 a ochranný teploměr 5. Přední část monolitního tělesa 1 výměníku tepla tvoří jednak přenosovou plochu 6 chladicího výkonu do operační koncovky, jednak upínací prvek 7 pro operační koncovky.The heat exchanger in Fig. 1 consists of a monolithic body 1 of the exchanger, in the cavity of which there is a porous environment 2 formed by a system of meshes arranged in front of the cavity parallel to the longitudinal axis of the heat exchanger. In the remaining part of the cavity, the porous medium 2 is realized by a system of parallel annulus made of mesh, whose circumference is in direct contact with the inner surface of the monolithic body 1 of the exchanger. On the outer surface of the monolithic heat exchanger body 1, a temperature sensor 3, a heating coil 4 and a protective thermometer 5 are placed either in a helical groove or in grooves formed by a groove. The front part of the monolithic heat exchanger body 1 element 7 for operating terminals.

U výměníku tepla znázorněného na obr. 2 je v čelní části dutiny monolitního tělesa 1 výměníku porézní prostředí 2 vytvořené síťkou spirálovitě stočenou ve směru osy výměníku. Čelní plocha síťky je v těsném kontaktu s čelem 8 vnitřní dutiny. Ve zbylé části dutiny je pak porézní prostředí 2 realizováno soustavou paralelních mezikruží ze síťoviny obdobně jako u provedení na obr. 1,In the heat exchanger shown in FIG. 2, in the front part of the cavity of the monolithic body 1 of the exchanger there is a porous medium 2 formed by a mesh helically coiled in the direction of the axis of the exchanger. The face of the mesh is in close contact with the face 8 of the inner cavity. In the remaining part of the cavity, the porous medium 2 is realized by a system of parallel annulus made of mesh similar to the embodiment in Fig. 1,

Výměník tepla kryochirurgickýcih nástrojů podle vynálezu je zvláště vhodný pro nástroje menších průměrů tubusu, například pro nástroje urologické a podobně.The heat exchanger of cryosurgical instruments according to the invention is particularly suitable for instruments of smaller tube diameters, for example urological instruments and the like.

Claims

A heat exchanger of cryo-surgical instruments, consisting of a coil shell and a coil body, the coil cavity being filled with a porous environment, for example a mesh system, characterized in that the coil shell together with the coil itself The mesh is oriented in the front part of the inner cavity parallel to the longitudinal axis of the exchanger, in the remaining part it is oriented perpendicular to the axis of the exchanger.