亚低温治疗仪的开发与实验研究

　　引 言

　　20 世纪 80 年代以来研究发现亚低温 (30~35℃) 治疗对重型颅脑外伤及脑卒中患者具有良好的效果[ 1,2]，它在许多环节上可以减轻脑缺血、缺氧引起的神经元损伤[3]，目前尚未发现何种药物有如此广泛的效应。亚低温治疗作为低温医学的一个分支主要用于临床脑保护，长期以来亚低温治疗使用冰袋降温，使用不便，且难以维持恒定的温度。所以临床应用亟需一种有效、操作简单的降温方法。正是在此背景下研制了一种新型临床适用的颅脑亚低温治疗仪，它是通过风冷探头冷却头颅表面达到降低脑温的目的。此亚低温治疗仪采用蒸汽压缩制冷技术，配制了液晶显示及高精度的数据采集系统，制冷系统利用计算机编程实现变频控制，并根据用户要求扩展了温度曲线显示等功能。

　　1制冷系统

　　适用小型制冷机的技术主要有蒸汽压缩和热电制冷两种，热电制冷具有结构简单、体积易于小型化等优点，但制冷效率低，经实验验证使用其冷却空气的效率太低，不适宜该治疗仪使用。本亚低温治疗仪采用蒸汽压缩制冷技术，制冷系统由压缩机、冷凝器、节流器、蒸发器、干燥过滤器、风机及管路构成，系统结构图见图 1，设备参数选择如表 1。

        压缩机选用 75 W 全封闭压缩机，冷凝方式为强制对流风冷冷凝，风冷系统简单，易于实现自动控制，风冷系统冷凝温度较高，非常适用于小型氟利昂制冷系统。

　　节流机构采用毛细管，它在降低成本、改善机组密封性及简化结构方面具有优势。为进一步优化制冷装置的结构及性能，将毛细管缠绕在回气管上，制冷机组运行中毛细管管壁与回气管进行热交换——回热循环，增加了制冷剂过冷度，减少了毛细管节流过程气化损失，同时不会降低制冷剂回气压力，因而提高了制冷系统的整体性能。

　　蒸发器采用窄断面、多排管、长通道型式，风机用小型离心式风机。此类型蒸发器平均传热温差小，实验运行结果证明在蒸发器迎风面为 2 排管、沿空气流通方向为 5 排管的整体翅片管结构型式下，冷风出口温度仅比蒸发温度高 2~3℃。实验研究[4]表明在空气 Re>2 000~3 000 时，管排数对对流换热系数和空气压降的影响减小，此种蒸发器的设计可明显提高蒸发温度，从而提高制冷系统的COP 值，同时还避免结霜和系统的除霜耗能。这为低温空调的防霜设计提供了新颖实用的思路。

　　2变频控制系统

　　2.1计算机与变频控制技术

　　制冷剂流量是影响制冷量的主要因素，可以采取控制制冷剂的流量来控制整个系统的制冷量。变频控制是利用变频器改变输入电流的频率对压缩机进行变转速调节，以实现制冷剂流量的改变。变频调速技术具有响应快、控制灵活等优点，其应用为克服制冷空调设备调节滞后、能耗大等缺点提供了条件。在控制系统中将计算机与变频控制相结合，利用计算机的软件编程功能实现智能变频控制，使系统的稳定性和精确性大大提高[6]，实现对被控参数的精确控制[5]。