(57)【要約】【課題】ドライアイスを冷媒として、比較的低温の環境を安価で容易に作れる装置を提供する。【解決手段】ドライアイスの低温と、低温の熱伝導媒体であるアルコールを有効に利用した低温熱交換器の構造を特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱材の箱と、断熱材の箱の中に入れたドライアイスと、ドライアイスの寒冷を受ける受冷板と、受冷板の下部に密着して取りつけられた不凍液小箱と、別に設けた水槽の中の放熱器に冷却された不凍液を循環させる第１のポンプを有する第１の配管系と、冷却された水の温度を検出する温度検出器と、温度検出器の出力に応じて前記第１のポンプを制御して冷却された水の温度を制御する温度制御器と、冷却された水をフレキシブルチューブを介して発熱している患部を冷やす冷却パッドヘ循環させる第２のポンプを有する第２の配管系とを有する低温熱交換器。
【請求項２】
受冷板の下部に密着して取りつけられた複数枚の放冷板を、不凍液小箱に入れ、冷却効果を高めた低温熱交換器。
【請求項３】
不凍液はアルコールである請求項１又は２の低音熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ドライアイスを冷媒として不凍液、特にアルコールを介して簡便に低温且つ恒温を実現できる低温熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
医療現場では、外科手術・外傷や化膿や打撲による患部の発熱を伴う激痛を和らげるための治療法として、氷嚢などによる冷却療法が行われている。
氷嚢は、温度調節が困難で且つ寝返りできない不便さと、氷が溶けて冷却効果が無くなる時間制限がある。
ペルティエ効果を利用した電子冷却器で冷水を作り、その冷水をチューブを介して患部に貼った冷却パッドに送り、患部を冷やす冷却療法器具が市販されている。
しかし、その装置は、消費電力が大きく且つ高価なもので、普及していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
小型・軽量・低消費電力で長時間冷却できる開業医も手軽に使える安価な冷却装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明では冷却方法として、ペルティエ効果を利用した電子冷却器の代わりに、安価な冷媒としてドライアイスを使用する。ドライアイスは、−７８℃の低温で気化熱が極めて大きい冷媒である。ドライアイスの冷たさを一旦不凍液、特にアルコールで受け止め、約−５０℃の液体アルコールとする。このアルコールを小型ポンプで小型水槽の放熱器に循環させ、水槽内の水を冷却して冷水を作る。小型水槽に温度制御器を入れ、温度が下がりすぎたらアルコール循環ポンプを止めて、小型水槽の温度制御をする。このようにして、５℃から１５℃の所望の冷水を得る。
アルコールの融点は−１１４℃であり、ドライアイスの昇華温度−７８．５℃に接触していても凍らない。アルコールは、冷気伝達媒体として安価で安全な物質である。一般に安価に入手できる不凍液が使用できる。本書で不凍液とはドライアイスで冷却したときに液体にとどまる液のことを指す。
ドライアイスの気化熱は、１３７ｃａｌ／ｇと極めて大きい。その気化熱が直接患部に送られたとすると、例えば１３７ｃｍ３の患部の温度を１０℃下げるに必要なドライアイスの量は、患部の比熱を１．０としてもわずか１０ｇである。
逆に患部の温度が１０分間で１０℃発熱するとすれば、その熱を吸収するためのドライアイスの量は１０ｇであり、１ｋｇのドライアイスで、１０００分（１６．７時間）間継続して同じ条件の発熱を吸収することができる。
ドライアイスの固体を熱伝導の良い銅板で受け、その銅板を天井板とした銅製のアルコール小箱を作り中に入れたアルコールをアルコール小箱の熱伝導で冷やす。更に銅板の天井板から銅製の放冷フィン十数枚を、アルコール小箱のアルコールに浸し熱交換率を高めた。ポンプは、低温で作動可能な数Ｗの小型ポンプである。
このようにして、小型・軽量低消費電力で長時間使用可能な冷却装置を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の概念図である。発泡スチロールの断熱材の箱１の中に入れたドライアイス２は、銅製の受冷板３の上に置かれ、ドライアイス２の冷気を受けて冷やされる。受冷板３の下部に密着して取りつけられたアルコール小箱４には、アルコールの注入口４−１とアルコールの排出口４−２がある。
【０００６】
受冷板３を介して冷却されたアルコールは、排出口４−２から水槽５の中の放熱器６に送られ水槽５の水を冷却する。放熱して暖められたアルコールは、第１のポンプ７によってアルコール小箱４の注入口４−１を介してアルコール小箱４に戻り、再び受冷板３により冷やされる。
水槽５の温度を検出する温度検出器８により、水温が監視され、温度制御器９の設定温度と比較される。設定温度以下になると温度制御器９により第１のポンプ７が作動を停止し、水槽５の冷却を止める。
【０００７】
水槽５の温度が設定温度から上昇すると、温度制御器９により第１のポンプ７が再び作動を開始する。このようにして、水槽５の温度は一定に保たれる。
水槽５の冷水は、フレキシブルチューブ１０を介して、発熱している患部を冷やす冷却パッド１１へ第２のポンプ１２により送られ、暖められた冷水が再び水槽５に戻される。水槽５の温度が設定温度より上昇すると、温度制御器９により第１のポンプ７が作動する。
このようにして、ドライアイス２の冷気が必要量患部に伝達され、患部をいやす。
【０００８】
図１に図示していないが、フレキシブルチューブ１０及び冷却パッド１１を除いて、全体が断熱箱に入れられる。また、アルコール小箱４及びアルコール系統の配管は断熱材で保温されている。
【０００９】
図２に、配管系統図を示す。アルコール注入コック１３及びエアー抜きコック１４によりアルコール小箱４及びアルコール系統の配管にアルコールを充填することができる。
【００１０】
図３は、他の実施形態を示す斜視分解図である。複数枚のＬ字型の放冷板１５が受冷板３に密着して取りつけられていて、ドライアイス２で冷やされた受冷板３の寒冷を放冷板１５を介してアルコール小箱４の中のアルコールに放出する。アルコール小箱４及びアルコール系統の配管にアルコールを充満させても、アルコールの温度が下がると熱収縮によりアルコールの体積が減る。そのため、受冷板３とアルコール小箱４の中のアルコールの液面との間に空隙ができ、アルコール小箱４の構成銅板からの熱伝導のみの冷却となるので冷気変換効率が悪い。アルコールの液中に複数枚の放冷板１５を入れると、冷却効果が著しくあがり冷気変換効率が良くなる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、安価なドライアイスという冷媒を使用し、アルコールを媒体として極めて容易に所望の冷水を得ることを提供した。ちなみに氷を冷媒としたとき、０℃の氷の融解熱は６．０１ｃａ１／ｇでありドライアイスのそれは１３７ｃａｌ／ｇで約２２倍の融解熱を発生する。また、ドライアイスの比重は氷の１．５６倍あり収納スペースを取らない。且つ気化するので氷が溶けて水の処理をする必要がある。氷に比して面倒がない。
また、ドライアイスは−７８℃の低温であるので、ドライアイスを使った本低温熱交換器は５℃から１５℃の冷水を提供することのほか、−２０℃での臓器の保存、卵子・精子の保存、遺伝子組み替えタンパク質の保存、更には３０℃の生ビールを低温のアルコール槽を介して８℃の生ビールにするなど、民生機器に適応範囲は広い。
以上、説明例では銅の熱伝導性の良いことを例に挙げたが、アルミニウム材の使用可能なことは言うまでもない。
また、水槽を例に挙げたが、水槽の代わりに水以外の液体例えばアルコールやその他の液体やゲルやゾルなど有機・無機の液体やペーストを使用できることも言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概念図である。
【図２】本発明の配管系統図である。
【図３】本発明のアルコール小箱の斜視分解図である。
【符号の説明】
１  箱
２  ドライアイス
３  受冷板
４  アルコール小箱
４−１  注入口
４−２  排出口
５  水槽
６  放熱器
７  第１のポンプ
８  温度検出器
９  温度制御器
１０  フレキシブルチューブ
１１  冷却パッド
１２  第２のポンプ
１３  アルコール注入コック
１４  エアー抜きコック
１５  放冷板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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