КРИОТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Предлагаемая полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для проведения лечебных и оздоровительных сеансов общей воздушной криотерапии в условиях стационарных и амбулаторных отделений лечебно-профилактических, санаторно-курортных, оздоровительных и спортивных учреждений.
Общая криотерапия - метод физиотерапии, заключающийся в воздействии жидкими или газообразными хладагентами для отведения тепла от всей поверхности тела человека в той мере, чтобы температура тканей снижалась в пределах их криоустойчивости и не происходило значимых сдвигов терморегуляции организма. Основоположником современной общей криотерапии считается Т. Ямаучи (Япония), в 1978 г. впервые сообщивший о клиническом использовании низких температур, создаваемых испарением жидкого азота. Внедрением нового метода в практику занялся Р. Фрике (Германия). За короткий срок было оборудовано несколько десятков азотных криокабин. Дальнейшее развитие метода привело к разработке устройств, основанных на воздействии обычным атмосферным воздухом экстремально низких температур. В настоящее время для общей криотерапии находят применение оба криоагента: азотно-воздушная смесь и атмосферный воздух. (См. Криотерапия: учебно-методическое пособие / А.В. Волотовская, Г.К. Колтович, Л.Е. Козловская, А.Н. Мумин,. - Минск: БелМАПО, 2010. - 26 с. )
Из уровня техники известно «Криотерапевтическое устройство» по патенту на полезную модель RU №130836 от 10.08.2013 г., заявка 2013114236 от 29.03.2013 г., МПК A61F 7/00, A61B 18/02, содержащее вертикально расположенную кабину с дверью из термоизоляционных материалов, установленный на дне кабины подъемный пол, связанный с приводом его перемещения, систему подготовки криогенного газа и средства подачи его в кабину, а также блок управления, причем кабина при закрытой двери образует замкнутую термоизолированную полость с отверстием на боковой поверхности в виде окна для лица пациента, причем окно окантовано мягким упругим материалом для обеспечения герметичного контакта с лицом пациента, при этом в верхней части кабины установлен клапан сброса избыточного давления.
Для работы таких камер общей криотерапии необходимо постоянное обеспечение расходуемого на получение холода жидкого азота. Зависимость эксплуатации такой установки от бесперебойной поставки расходуемого хладагента, колебаний его рыночной цены, а также необходимость его хранения являются недостатками данного технического решения.
Из уровня техники известна «Криосауна» по патенту на полезную модель RU №157456 от 10.12.2015 г., заявка №2015117232 от 07.05.2015 г., МПК A61F 7/00, состоящая из кабины пациента, соединенной с камерой криостатирования трубопроводом подачи газа в кабину пациента и воздуховодом подачи газа на рециркуляцию с помощью центробежного вентилятора, датчика температуры газа на входе в кабину пациента, установленного на трубопроводе подачи газа в кабину пациента, линии подачи жидкого азота в камеру криостатирования. Криосауна снабжена системой дистанционного управления, включающей планшетный компьютер, контроллер, подключенный к планшетному компьютеру по радиоканалу, соединенный с температурными датчиками, установленными по высоте в кабине пациента, датчиком температуры на входе в кабину пациента, с вытяжным и центробежным вентиляторами, датчиком уровня камеры криостатирования, электромагнитным клапаном, установленным на линии подачи жидкого азота в камеру криостатирования, и с трехходовым клапаном, установленным на вытяжном воздуховоде.
Общим недостатком всех технических решений, включая вышеописанное, использующих жидкий азот, является трудность регулирования процесса криопроцедуры, необходимость в постоянном пополнении и хранении запасов криагента, а также большой его расход.
Также при испарении жидкого азота образуется газообразный азот с низкой температурой, при этом плотность его больше, чем у воздуха. Поэтому азот после испарения может накапливаться вначале на нижнем уровне камеры и затем постепенно создавать повышенную концентрацию во всей камере. Это приводит к понижению концентрации кислорода в воздухе и, когда ее величина становится ниже 18%, человек подвергается опасности возникновения асфиксии и азотного апноэ. Поэтому очень важно исключить попадание паров азота в дыхательные пути пациента при проведении процедуры общей криотерапии жидким азотом.
Устранение вышеописанных проблем решается созданием экстремально низких температур при проведении криотерапии за счет охлажденного сухого атмосферного воздуха.
Исследованиями последних лет доказано, что механизмы действия общей воздушной криотерапии обусловлены ответной мягкой неповреждающей стрессогенной реакцией организма на кратковременное воздействие холодным воздушным потоком, протекающей при положительной эмоциональной окраске, позитивно влияющей на ось «гипоталамус -гипофиз -кора надпочечников», активизирующей все адаптационные ресурсы организма: терморегуляцию, иммунную, эндокринную и нейрогуморальную системы. Общая криотерапия не вызывает отрицательных стрессорных реакций. Процедуры в воздушной криосауне не только безопасны вследствие отсутствия вертикального градиента, имеющего место в азотных криокабинах, но и комфортны, воспринимаются как приятные и бодрящие. (См. «Общая и локальная воздушная криотерапия». Сборник статей и пособий для врачей. Под редакцией доктора медицинских наук, профессора кафедры РМАПО Росздрава Портнова В.В. Издание второе, переработанное и дополненное. Москва 2016 г. ).
Из уровня техники известна «Установка для общей воздушной криотерапии» по патенту на изобретение RU №2599191 от 10.10.2016 г., заявка №2014150521 от 07.06.2012, МПК A61F 7/00, F25B 19/00, F25D 31/00, содержащая криогенную камеру закрытого типа, снабженную дверью с термоизоляцией и термодатчиком, двухкаскадную холодильную машину с конденсатором, сообщенную через магистраль подачи хладагента с вентилятором и испарителем, и блок питания и управления, пульт управления которого установлен на внешней поверхности криогенной камеры, причем на входе в испаритель установлен терморегулирующий вентиль, при этом испаритель с вентилятором вмонтированы в потолок криогенной камеры, который ниже испарителя выполнен из перфорированной листовой нержавеющей стали, при этом криогенная камера снабжена клапаном выравнивания давления с внешней средой с электроподогревом, дверь криогенной камеры выполнена целиком прозрачной и снабжена, в том числе и ее рама, электроподогревом, а пульт управления снабжен сенсорной панелью.
Недостатком данного технического решения является невозможность достижения более низких температурных диапазонов, что приводит к снижению эффективности проводимых лечебных и закаливающих процедур.
Также известно «Устройство для лечения холодом» по патенту DE 4316764 А1 от 24.11.1994 МПК A61F 7/00, F25B 21/02, включающее камеру предварительного охлаждения, терапевтическую камеру, охладительную систему с электрическим приводом, содержащую два охлаждающих агрегата, соединенных каскадным способом. Терапевтическая камера устройства облицована теплоизоляционным материалом, предпочтительно деревом, имеет вентиляционные отверстия для выхода холодного воздуха, оборудована деревянными поручнями. В предварительной камере достигают температуры -30°C, в терапевтической -60°C.
Недостатком устройства являются большие габариты и низкий предел достигаемых отрицательных температур.
Развитием решения по вышеописанному патенту является криотерапевтический комплекс «icelab -110°C», выбранный в качестве прототипа, (http://whole-body-cryotherapy.com/icelab/), производимый немецкой компанией Zimmer MedizinSysteme, (http://www.zimmermedsys.ru/fileadmin/user_upload/pdf/icelab/icelab_de.pdf), и представленный на отечественном рынке под брендом «CrioSpase -110°C» (http://www.zimmer-medsys.ru/produkty.html). Комплекс включает в себя 2-х или 3-х камерную термоизолированную кабину, 3-х каскадную холодильную машину, отдельно стоящий электрошкаф управления, внешний блок-конденсатор воздушной системы охлаждения, пульт управления с сенсорным экраном.
Недостатком данного комплекса является его габариты, а также необходимость использовать высокомощное компрессорное оборудование, в силу чего возрастают энергозатраты. Также комплекс рассчитан на одновременное проведение сеанса для 4-х человек, что исключает возможность индивидуального регулирования параметров терапевтической процедуры и может снижать терапевтический эффект в каждом отдельном случае. В ситуациях неполной загруженности криосауны наблюдается снижение ее производительности, а высокие энергозатраты делают эксплуатацию комплекса в целом экономически неэффективным.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание эффективной, энергоэкономичной и высокопроизводительной криотерапевтической установки, позволяющей получать оптимально низкий температурный диапазон для получения максимального лечебного и оздоровительного эффекта.
Техническим результатом использования предлагаемой полезной модели является снижение энергозатрат и повышение эффективности установки.
Технический результат достигается тем, что в криотерапевтической установке, включающей термоизолированную камеру закрытого типа с входной дверью, трехкаскадный холодильный агрегат с внешним блоком-конденсатором с воздушной системой охлаждения и испарителем внутри камеры, электрошкаф управления, холодильный агрегат дополнительно снабжен пред охладителем, выполненным в виде циркуляционного контура, непосредственно связывающего верхнюю ветвь каскада с нижней ветвью каскада, и включающим последовательно соединенные линию отбора хладагента, подключенную к жидкостной магистрали верхнего каскада, дросселирующее устройство, теплообменник, размещенный на нагнетательной магистрали нижней ветви каскада и линию возврата хладагента, подключенную к всасывающей магистрали верхнего каскада, причем камера установки дополнительно снабжена воздушной завесой, выполненной с возможностью формирования ламинарного воздушного потока в вертикальном направлении, при этом воздушная завеса выполнена в форме короба, имеющего перфорацию в нижней и верхней части, внутри которого размещено вентилирующее устройство.
На фиг. 1 представлена принципиальная пневмогидравлическая схема криотерапевтичесской установки.
Каскадный холодильный агрегат состоит из трех циркуляционных ветвей, последовательно передающих теплоту из камеры в окружающую среду.
В верхней ветви каскада последовательно установлены компрессор 1, маслоотделитель 2, шумоглушитель 3, конденсатор 4, выполненный в виде внешнего блока и размещенный вне корпуса холодильного агрегата (например, за стеной), регулятор давления конденсации 5, обратный клапан 6, ресивер 7, фильтр 8, смотровое стекло 9, соленоидный клапан 10, дросселирующее устройство 11 и испаритель-конденсатор 12. Теплообмен в конденсаторе 4 происходит с воздухом окружающей среды. Параллельно конденсатору 4 установлен дифференциальный обратный клапан 43, позволяющий установке работать в условиях низких температур окружающей среды. Линия возврата масла из маслоотделителя 41 подключена в картер компрессора 40. Параллельно потоку жидкости через соленоидный клапан 10 и дросселирующее устройство 11 в испаритель-конденсатор 12 подключены линия потока хладагента через соленоидный клапан 14 и дросселирующее устройство 15 в испаритель 16 для охлаждения воздуха в техническом помещении и линия потока хладагента через соленоидный клапан 13 и дросселирующее устройство предохладителя 18 в теплообменник предохладителя 19.
В средней ветви каскада последовательно установлены маслоотделитель 21, испаритель-конденсатор 12, регенеративный теплообменник 23, фильтр 26, смотровое стекло 27, соленоидный клапан 44 и дросселирующее устройство 25, конденсатор-испаритель 24 и компрессор 20. Теплообмен газообразного фреона в регенеративном теплообменнике 23 происходит с жидким фреоном, движущимся в противоположном направлении. Параллельно компрессору 20 установлена система байпассирования горячего газа с помощью нормально открытого соленоидного вентиля 45 и регулирующего крана 29. Линия возврата масла из маслоотделителя 21 подключена в картер компрессора 20. Расширительная емкость 32 подключена к всасывающей магистрали нижнего каскада и снабжена сервисным запорным вентилем 30.
В нижней ветви каскада последовательно установлены маслоотделитель 41, теплообменник предохладителя 19, конденсатор-испаритель 24, фильтр 33, смотровое стекло 34, соленоидный клапан 35 и дросселирующее устройство 36, испаритель 38, размещенный внутри камеры и компрессор 40. Теплообмен в теплообменнике предохладителя 19 происходит с фреоном верхней ветви каскада, движущимся в противоположном направлении. Параллельно дросселирующему устройству 36 установлена капиллярная трубка 37, увеличивающая его производительность, и выравнивающая давление при стоянке машины. Параллельно компрессору 40 установлена система байпассирования горячего газа с помощью нормально открытого соленоидного вентиля 46 и регулирующего крана 28. Линия возврата масла из маслоотделителя 41 подключена в картер компрессора 40. Расширительная емкость 39 подключена к всасывающей магистрали нижнего каскада и снабжена сервисным запорным вентилем 31.
Наличие предохладителя, выполненного в виде циркуляционного контура, позволяет сконденсировать низкотемпературный хладагент в нижней ветви каскада при более низкой температуре и давлении насыщения, что в свою очередь приводит к возможности использования в каскадном холодильном агрегате компрессорного оборудования меньшей мощности и вследствие этого позволяет снизить энергозатраты и повысить эффективность установки.
На фиг. 2 представлено наглядное изображение криотерапевтической установки.
Криотерапевтическая установка состоит из термоизолированной камеры закрытого типа 47 с дверью 48 и окном для визуального контакта 49 для проведения терапевтических процедур, отдельно стоящего электрошкафа управления 50 и трехкаскадного холодильного агрегата 51. Испаритель холодильного агрегата 51 размещен внутри камеры 47 и сообщается с холодильным агрегатом 51 посредством трубопровода 52, а конденсатор 4 холодильного агрегата 51 выполнен в виде внешнего блока, размещенного за пределами корпуса холодильного агрегата 51 на некотором расстоянии (например, за стеной) и сообщается с холодильным агрегатом 51 посредством трубопровода 53. Над дверью камеры горизонтально установлена воздушная завеса 54.
Наличие воздушной завесы позволяет сформировать интенсивный воздушный поток вдоль двери камеры еще до момента ее открывания и таким образом исключить попадание более теплых и влажных воздушных масс из внешней среды в камеру. Этим достигается уменьшение временного интервала на восстановление рабочего диапазона низких температур внутри камеры после проведения терапевтического сеанса, что в свою очередь повышает пропускную способность установки и увеличивает ее производительность.
Установка работает следующим образом.
В качестве хладагента верхней ветви каскада используют фреон R404a, средней ветви каскада - фреон R23, нижней ветви каскада - фреон R14.
Фреон R404a верхней ветви каскада нагнетается компрессором 1 и, проходя через маслоотделитель 2 (где происходит выделение капель масла и удаление накопившегося масла через фильтр 17) и шумоглушитель 3 попадает в конденсатор 4. В конденсаторе, за счет отведения теплоты в окружающую среду, фреон охлаждается и переходит в жидкую фазу. Жидкий фреон через регулятор давления конденсации 5 и обратный клапан 6 попадает в ресивер 7, где накапливается некоторое его количество, в зависимости от температуры окружающего воздуха и режима работы системы. Регулятор давления конденсации 5, обратный клапан 6 и дифференциальный обратный клапан 43 образуют т.н. систему «зимнего» регулирования давления конденсации, предназначенную для обеспечения работы в холодное время года. Поскольку температура окружающей среды низкая, фреон в жидкой фазе накапливается в конденсаторе и не поступает в ресивер. Для того, чтобы сформировать в ресивере высокое давление, регулятор давления конденсации 5 закрывается, а дифференциальный обратный клапан 43 открывается, перепуская высокое давление с нагнетания в ресивер, выдавливая жидкий фреон. Так продолжается до тех пор, пока полностью не заполнится магистраль между конденсатором 4 и регулятором давления конденсации 5, тогда он начнет открываться. Жидкий фреон R404a из ресивера 7 через фильтр осушитель 8 и смотровое стекло 9 поступает в испаритель-конденсатор 12. В испарителе-конденсаторе 12 фреон R404a выкипает, отнимая теплоту у фреона R23, циркулирующего в средней ветви каскада. Для перекрытия потока фреона в период остановки машины предназначен соленоидный (электромагнитный) клапан 10. Для регулирования температуры в испарителе-конденсаторе 12 предназначено дросселирующее устройство 11 (например, терморегулирующий вентиль (ТРВ), термобаллон которого располагается на всасывающем трубопроводе). Дросселирующее устройство 11 обеспечивает необходимую подачу фреона в зависимости от производительности системы. Дополнительно организовано охлаждение воздуха в техническом помещении посредством испарителя 16, в который подается жидкий фреон R404a через соленоидный клапан 14 и дросселирующее устройство 15 (например, ТРВ). Также через соленоидный клапан 13 и дросселирующее устройство (например, капиллярную трубку) предохладителя 18 фреон R404a подается в теплообменник предохладителя 19 на охлаждение нагнетательного трубопровода нижней ветви каскада, в которой циркулирует фреон R14.
Фреон R23 средней ветви каскада нагнетается компрессором 20 и, проходя через маслоотделитель 21 (где происходит выделение капель масла и удаление накопившегося масла через фильтр 22) попадает в испаритель-конденсатор 12. В испарителе-конденсаторе 12, за счет отведения теплоты в верхнюю ветвь каскада, фреон R23 охлаждается и переходит в жидкую фазу. Жидкий фреон R23 переохлаждается всасываемыми парами в регенеративном теплообменнике 23 и через фильтр осушитель 26 и смотровое стекло 27 поступает в конденсатор-испаритель 24. В конденсаторе-испарителе 24 фреон R23 выкипает, отнимая теплоту у фреона R14, циркулирующего в нижней ветви каскада. Для перекрытия потока фреона в период остановки машины предназначен соленоидный (электромагнитный) клапан 44. Для регулирования температуры в конденсаторе-испарителе 24 предназначено дросселирующее устройство (например, ТРВ) 25. Дросселирующее устройство 25 обеспечивает необходимую подачу фреона в зависимости от производительности системы. Для регулирования производительности предназначен соленоидный клапан 45. В момент его открытия, перекрывается соленоидный клапан 44 и жидкий фреон R23 перестает поступать в конденсатор-испаритель 24. Оба соленоидных клапана 44 и 45 работают в режиме широтно-импульсной модуляции в зависимости от требуемой производительности системы. В период стоянки системы жидкий фреон R23 переходит в газообразное состояние. Для того, чтобы в этот период в системе не возникало чрезмерно высоких давлений, предусмотрен расширительный ресивер 32.
Фреон R14 нижней ветви каскада нагнетается компрессором 40, проходит через маслоотделитель 41 (где происходит выделение капель масла и удаление накопившегося масла через фильтр 42) и, охладившись в теплообменнике предохладителя 19, попадает в конденсатор-испаритель 24, где, за счет отведения теплоты в среднюю ветвь каскада, конденсируется. Жидкий фреон через фильтр осушитель 33 и смотровое стекло 34 поступает в испаритель 38. В испарителе 38 фреон R14 выкипает, отнимая теплоту у воздуха, циркулирующего в камере. Для перекрытия потока фреона в период остановки машины предназначен соленоидный (электромагнитный) клапан 35. Для регулирования температуры в испарителе 38 применяется дросселирующее устройство (например, ТРВ) 36. Дросселирующее устройство 36 обеспечивает необходимую подачу фреона R14 в зависимости от производительности системы. Для регулирования производительности предназначен соленоидный клапан 46. В момент его открытия, перекрывается соленоидный клапан 35 и жидкий фреон R14 перестает поступать в испаритель 38. Оба соленоидных клапана 35 и 46 работают в режиме широтно-импульсной модуляции в зависимости от требуемой производительности системы. В период стоянки системы жидкий фреон R14 переходит в газообразное состояние. Для того чтобы в этот период в системе не возникало чрезмерно высоких давлений, предусмотрен расширительный ресивер 39. Криотерапевтическая установка полностью автоматизирована. Блок автоматизации и управления размещен в отдельно стоящем электрошкафу управления 50.
В рабочем режиме в камере криотерапевтической установки достигается и поддерживается температура до -110°C. Камера установки рассчитана на проведение индивидуальных сеансов, что позволяет учитывать индивидуальные особенности каждого пациента во время общей воздушной криотерапии. По завершении терапевтического сеанса, по сигналу оператора включается вентилирующее устройство, расположенное в коробе воздушной завесы, и формируется интенсивный вертикальный воздушный поток, отсекающий теплый и влажный воздух помещения от холодного воздуха в камере. Благодаря этому температура в камере после проведения сеанса криотерапии быстрее восстанавливается до необходимого рабочего диапазона.