202400. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés száraz, hideg nitrogén gáz lokális hűtésre való előállítására, előnyösen gyógyászati, például reumatológiai célokra
1 HU 202400 B A találmány tárgya eljárás és berendezés száraz, hideg nitrogéngáz lokális hűtésre való előállítására, előnyösen gyógyászati, például reumetológiai célokra. Mint ismeretes, a gyakorlati életben szükség van a természetes környezeti hőmérsékletnél kisebb hőmérsékletek előállítására. Ezen probléma megoldására számos eljárást és berendezést dolgozták ki. Ezek az eljárások és berendezések kialakításuk szempontjából nagymértékben függnek attól, hogy a környezethez képest mekkora hűtést kell elérni, és, hogy a hideget milyen célra használják fel. Nehezebbé válik a probléma abban az esetben, ha a hűtési hőmérséklet -100 C fok, vagy annál kisebb. A hűtés felhasználásának egyik területe a gyógyászat, ahol reumatológiai, ideggyógyászati, sebészeti, - például baleseti sebészet, ortopédia, száj- és állkapocs sebészet, urológiai sebészet - és sportegészségügyi beavatkozásoknál gyakori a mély hőmérsékletek alkalmazása. A gyógyászat körében előforduló lokális hűtési feladatoknál az utóbbi években előtérbe került a száraz hideg nitrogéngáz felhasználása. A levegő fő alkotórésze, a nitrogén gyógyászati szempontból egyedüláló előnyökkel rendelkezik. Forrásponti hőmérséklete -196 C fok. A folyékony nitrogén elpárologtatásával előállított gáz nedvességet nem tartalmaz, tökéletesen száraz, hőmérséklete a folyadék felületének közelében a forrásponti hőmérséklettel azonos. A folyadék felszínétől távolodva áramlás közben a gáz a melegebb környezettől hőt vesz fel, ezért hőmérséklete folyamatosan növekszik. A gáz száraz marad addig, amíg a környezet levegőjével vagy más nedves közeggel nem keveredik. További előnye, hogy kémiailag közömbös, szagtalan, nincs káros mellékhatása, gyorsan alkalmazható, gazdaságos. A száraz hideg nitrogéngáz hűtőközeget gyógyászati alkalmazásának tehát alapkérdése, hogy a folyadék felszínétől eláramló gáz hőmérséklete - a folyadékszint csökkentésétől és a növekvő felületű melegebb környezettel való hőcserétől függetlenítve- minél jobban megközelítse a forrásponti hőmérsékletet - az az kicsiny legyen a spontán felmelegedés- továbbá, hogy a hűtés befejezéséig száraz maradjon, azaz levegővel, vagy más nedves közeggel ne keveredjen. A gyógyászati célú felhasználás további problémáihoz az emberi testből történő hőelvonás folyamatainak vizsgálata vezet. Az emberi test hőháztartásában a test felületének szerepét és jelentőségét a hőtermeléssel együtt célszerű megvizsgálni. A hőtermelés ugyanis növekszik a test tömegével, és minél nagyobb a test tömege, annál kisebb a tömegegységre jutó testfelület, azaz a hőleadó felület. Ismeretes, hogy az emberi testből a hőelvonás hővezetés, konvekció, hősugárzás és elpárologtatás útján jön létre. A felületegységen létrejövő vezetéses és konvekciós hőelvonás nagysága függ a felület és a hőelvonó közeg hőátadási tényezőtől, tovább a testfelület és a környezet hőmérsékletének különbségétől. A hőátadási tényezőt a hőelvonó közeg hővezetési tényezője, fajhője, nyomása és ármalási sebessége befolyásolja. A sugárzási hőelvonás a közismert Stefan-Boltzmann összefüggéssel kalkulálható, amelyben meghatározó jelentősége van a bőrfelület és a környezet hőmérsékletének, - ezek értékei ugyanis a negyedik hatványon szerepelnek. - míg az emberi test emissziós illetve abszorpciós együtthatója egynek vehető. Az elpárolgással együttjáró hőelvonás nagyságát a párolgási tényező, valamint a bőrfelület és a hőelvonó közeg nedvességtartalmának a különbsége határozza meg. A hőelvonás törvényszerűségeinek ismerete alapján érthető, hogy azonos hőteljesítmény és azonos hűtőközeg hőmérséklet mellett a hőelvonás számszerű értéke egyénenként változó. A fentiekből következik, hogy a száraz, hideg nitrogéngáznak a gyógyászat területén lokális hűtésre történő felhasználását szolgáló eljárásnak és berendezésnek a már megismert alapkérdés megoldása mellett biztosítani kell, a kezelt személynek megfelelő hűtőteljesítményt, a kívánt gázsebességet, a kívánt hűtési hőmérséklet beállítását és stabilitását, a hűtés időtartamának beállítását, a hűtés jellegének - közvetlen vagy közvetett - és a kezelés, beavatkozás módjának megfelelő eszközöket az úgynevezett hőcsatolókat, valamint a túlhűtés és a fagyásos sérülés megakadályozását. A berendezésnek ki kell elégíteni a speciális üzembiztonsági, életvédelmi és higiéniai előírásokat, továbbá a könnyű kezelés és a gazdaságosság követelményeit. A száraz, hideg nitrogéngáz gyógyászati alkalmazására szolgáló ismert eljárások és berendezések korlátozott mértékben a követelményeknek csak egy részét tudják kielégíteni. Az ismert eljárás és a megvalósítására szolgáló berendezés egyik lényeges hátránya, hogy a kezelések többsége szempontjából optimális hideg nitrogéngáz mennyiséghez nem tudja az optimális gázhőmérsékletet - melynek értéke -80 C fok-tói -180 C fok közötti tartományban van - hozzárendelni. További lényeges hátrány, hogy az optimális gázhőmérséklet értékeinél nem tudja a kezelés szempontjából optimális - legtöbbször 2m3/óra...6m3/óra, esetenként 10m3/óra...l4m3/óra - gázmennyiséget előállítani. Lényeges hátránya továbbá, hogy a tárolóban lévő cseppfolyós nitrogén szintjének csökkenésével, - amely a folyadék párologtatásának következménye - adott párologtatási teljesítmény mellett növekszik a folyadék nitrogén tárolót elhagyó gáz hőmérséklete, s ennek következtében nem lehet a gyógyászati beavatkozás szempontjából legmegfelelőbb hőmérséklet értéket kellő pontossággal beállítani, és a beállított hőmérsékletet a kezelési időn belül a kívánt pontossággal fenntartani. Az ismertetett hátrányok az eljárás és a berendezés közvetlen hűtésre való alkalmazásának lehetőségét jelentősen szűkítik, és lehetetlenné teszik a használatát közvetett hűtésre, például hűtősapkákban, hűtőpárnákban, hűtőtartókban, végtaghűtőkben, sebészeti - hideg késben - stb. Az ismert berendezés további hátránya, hogy a gyógyászati eljárás egy részénél szükséges extrém hideg - tehát -180 C fok-nál kisebb hőmérsékletű - nitrogéngáz előállítására nem alkalmas. Az ismert eljárás és berendezés hátránya még az, hogy nem méri a hűtött felület hőmérsékletét, így nem nyújt lehetőséget a lehűtési menet folyamatos figyelésére, és a megengedett legkisebb felületi hőmérséklet elérésekor a hűtést nem szakítja meg. A találmánnyal célunk a fentiekben vázolt hiányosságok és nehézségek egyidejű kiküszöbölése. A találmánnyal megoldandó feladat ennek megfelelően egy olyan eljárás és berendezés kialakítása. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
