Brevet FR2493975A1 — publié le 19820514

L'invention concerne un échangeur thermique, en particu- lier pour instruments de cryochirurgie. Les instruments de cryochirurgie connus jusqu'ici sont habituellement équipés de deux échangeurs thermiques. L'échan- geur de refroidissement sert à l'échange de chaleur entre la sonde opératoire et le milieu de refroidissement, l'échangeur d'échauffement sert à réchauffer le réfrigérant. Les échan- geurs de refroidissement sont d'une exécution simple en forme de chambre dans laquelle le milieu de refroidissement baigne la paroi refroidie, lisse et éventuellement nervurée, ou bien ils sont poreux, habituellement formés de réseaux métalliques ou de feuilles métalliques perforées de telle sorte que les réseaux ou feuilles présentent entre eux un bon contact ther- mique. Sur les échangeurs un capteur thermométrique est habi- tuellement disposé de telle sorte qu'il est lavé par un cou- rant du milieu de refroidissement qui s'échappe. Les échan- geurs d'échauffement sont habituellement formés d'enroulements chauffants dans le tube destiné au gaz qui s'échappe. Les inconvénients des échangeurs thermiques susdits du type à chambre résident dans un faible rendement qui est cau- sé par la petite surface d'échange thermique. La quantité de chaleur qu'ils sont capables d'emprunter au tissu est de l'ordre du watt lorsqu'on consomme 1 litre de réfrigérant par minute. Il est vrai que les échangeurs de refroidissement à remplissage poreux présentent un plus grand rendement mais par suite de l'action des courts-circuits ther- miques dans la direction de l'écoulement du réfrigérant et de l'action du contact thermiques incomplet avec le corps de 1' échangeur, il s'y produit une diminution du rendement thermi- que. Un situation analogue existe aussi dans les échangeurs d'échauffement. Les inconvénients cités ne diminuent pas seulement la qualité de l'intervention cryochirurgicale effectuée mais ils augmentent aussi notablement les besoins d'énergie du fonc- tionnement de l'appareil. Etant donné que le capteur thermo- métrique est logé dans le courant du réfrigérant qui s'échap- pe, il se produit aussi de fausses informations sur la tempé- rature réelle à la surface de l'instrument de cryochirurgie, ce qui peut conduire aussi à des complications lors des opé- rations, par exemple empêcher d'atteindre la basse tempéra- ture qui est nécessaire ou endommager le tissu en arrachant la sonde opératoire attachée par le gel lorsque le thermomè- tre indique une temDérature supérieure à 0C alors que la sur- face de la sonde a une température très inférieure au point de congélation. Les inconvénients mentionnés sont éliminés pratiquement par l'échangeur thermique selon l'invention, caractérisé par le fait que dans l'enveloppe de l'échangeur sont logées des couches d'une matière conductrice de la chaleur entre les- quelles des espacements sont disposés de telle sorte que les couches de matière conductrice de la chaleur sont séparées l'une de l'autre. Les différentes couches de matière poreuse conductrice de la chaleur sont traversées par des éléments séparateurs. Avantageusement, au lieu des éléments séparateurs,- il est pos- sible d'utiliser la même matière poreuse conductrice de la chaleur, habituellement des tamis métalliques, de forme telle que le contact thermique entre les couches soit limité. L'in- convénient mentionné plus haut, qui repose sur une mesure inexacte de la température à la surface de l'instrument de cryochirurgie, est éliminé selon l'invention grâce au fait que le capteur thermométrique est logé à l'extérieur de la cavité à travers laquelle s'écoule le milieu de refroidisse- ment. En limitant le contact thermique entre les différentes couches de matière conductrice de la chaleur de l'échangeur, on obtient une amélioration notable de son anisotromie. La diminution de la conductibilité thermique dans la direction de l'écoulement du milieu de refroidissement cause une aug- mentation du gradient de température à l'intérieur de la ma- tière conductrice de la chaleur dans la même direction, ce qui fait que l'on obtient une augmentation du rendement de transfert de chaleur de la surface de l'échangeur au milieu de refroidissement. Il devient ainsi possible de diminuer 1' écoulement du milieu de refroidissement à travers l'échangeur de refroidissement et de diminuer la puissance électrique fournie à l'échangeur d'échauffement tout en maintenant son rendement. Des exemples d'exécution de l'échangeur selon l'inven- tion sontreprésentés Dar les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 montre en coupe longitudinale un échangeur de refroidissement ou d'échauffement comportant des éléments séparateurs interposés entre des couches de matière conduc- trice de la chaleur; - la figure 2 montre en coupe longitudinale un exemDle du mode de formage de la matière conductrice de la chaleur qui limite le contact thermique entre les différentes couches de celle-ci; -la figure 3 montre en coupe longitudinale un exemple d' exécution de l'échangeur de refroidissement qui permet de me- surer la température réelle à la surface de l'échangeur de refroidissement; - la figure 4 montre en coupe longitudinale un exemple d'exécution de l'échangeur d'échauffement. Les échangeurs thermiques pour instruments de cryochirur- gie selon l'invention sont formés d'une enveloppe 1 dans la-, quelle sont logés la matière conductrice de la chaleur 2 et les éléments séparateurs 3. Entre les couches de matière con- ductrice de la chaleur se trouvent des espacement 4. Pour 1' amenée du milieu de refroidissement dans le corps 7, un tube 6 est disposé de telle sorte qu'il traverse la matière conduc- trice 2. Sur l'enveloppe 1 est disposé un élément chauffant 10 et dans une chambre 9 de thermomètre, un capteur thermomé- trique 5 est disposé de telle sorte qu'il est séparé par 1' enveloppe 1 de la cavité de réfrigérant 8. La matière conduc- trice de la chaleur 2 est reliée de façon non démontable à 1' enveloppe 1 par brasage en diffusion sous vide. Dans une variante, il est possible de remplacer les élé- ments séparateurs 3 et la matière conductrice de la chaleur 2 par des pièces intercalaires conductrices de la chaleur 20. Elles sont formées par exemple de tamis métalliques annulaires bordés. On peut aussi relier à l'enveloppe 1 la matière conduc- trice de la chaleur 2, éventuellementles pièces intercalaires conductrices de la chaleur 20, par frittage, brasage dur ou tendre, éventuellement par un contact mécanique. L'échangeur thermique de refroidissement fonctionne com- me suit Le réfrigérant, par exemple l'azote liquide, est amené par le tube 6 à la cavité 8 o il refroidit directement le corps 7 et la matière conductrice 2, éventuellement les piè- ces intercalaires conductrices 20 qui dissipent la chaleur de l'enveloppe 1 et aussi du corps 7, grâce aux contacts ther- miques entre l'enveloppe 1 et le corps 7. La température du corps 7 est mesurée par le capteur thermométrique 5. Le ré- chauffement du corps 7, par exemple après la fin de l'opéra- tion, est assuré par l'élément chauffant 10. L'échangeur d'échauffement fonctionne comme suit Le réfrigérant, par exemple l'azote, passe à travers la matière conductrice 2 ou éventuellement les pièces intercalai- res conductrices 20 et s'échauffe par la chaleur amenée par l'élément chauffant 10 à la matière 2 ou aux pièces interca- laires 20 par l'intermédiaire de l'enveloppe 1. L'invention assure une augmentation de la vitesse de re- froidissement et par suite la localisation de l'intervention cryochirurgicale dans le tissu opéré. L'invention permet en outre de diminuer les dépenses d' énergie et d'autres lors de l'utilisation de l'appareil de cryochirurgie mais aussi de diminuer notablement sa masse et donc d'améliorer sa maniabilité. REVENDICATIONS 1. Echangeur thermique, en particulier pour instruments de cryochirurgie, caractérisé par le fait que dans l'envelop- pe (1) sont disposées des couches de matière conductrice de la chaleur (2) entre lesquelles sont prévus des espacements (4) de telle sorte que les différentes couches de matière conductrice de la chaleur (2) sont séparées les unes des autres. 2. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans les espacements (4) entre les couches de ma- tière conductrice (2) sont logés des éléments séparateurs (3). 3. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les différentes couches de matière conductrice (2) sont formées de pièces intercalaires conductrices de la chaleur (20). 4. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans l'enveloppe (1), les chambres (9) du thermo- mètre sont formées de telle sorte qu'elles sont séparées de la cavité de réfrigérant (8) par l'enveloppe (1), le capteur thermométrique (5) se trouvant en contact thermique avec le corps (7). 5. Echangeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à travers les couches de matière conductrice de la chaleur (2) passe un tube (6) dont l'axe est parallèle à 1' axe de l'enveloy)pe (1) et que le tube se termine dans la cavité de réfrigérant (8).