KR101813652B1 - 이중 냉각 방식의 극저온 치료기 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 기체를 냉각하여 환부에 분사하는 극저온 치료기로서, 펠티어 소자를 이용하여 상기 기체를 1차 냉각하는 제1냉각장치(100); 상기 제1냉각장치에서 냉각된 기체를 압축하는 압축기(200); 상기 압축기에 의해 압축된 기체를 저장하는 저장탱크(300); 상기 저장탱크에서 배출되는 압축 기체를 유입한 후, 볼텍스 튜브를 이용하여 2차 냉각하는 제2냉각장치(400); 상기 볼텍스 튜브에서 2차 냉각되어 토출되는 기체를 환부에 투사하는 핸드피스(500);를 포함하는 이중 냉각 방식의 극저온 치료기를 제공한다.
본 발명에 의하면, 냉각 기체를 저장한 탱크를 교체하지 않고 냉각 기체를 탱크에 보관한 후 필요한 시에 냉각 기체를 지속적으로 사용할 수 있으며, 냉각 기체를 교환할 필요가 없어 유지보수 및 탱크 교체에 따른 사용상의 불편함을 해소할 수 있는 유리한 효과가 발생한다.

Description

이중 냉각 방식의 극저온 치료기{CRYOGENIC THERAPEUTIC DEVICE HAVING DOUBLE COOLING SYSTEM}

본 발명은 극저온 치료기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 펠티어 소자를 이용한 냉각과 볼텍스 튜브를 이용한 냉각의 이중 냉각방식을 이용하여 기체를 냉각하되 냉각기체로 공기를 사용하는 극저온 치료기에 관한 것이다.

극저온 치료기는, 극저온의 냉각 기체를 피치료자의 환부에 분사함으로써 통증의 완화, 부종 경감 등의 치료에 사용되는 장치이다. 즉, 환부를 낮은 온도로 유지하여 통증의 완화, 부종의 경감 등에 사용하는 기기로서, 급격한 온도 변화의 열 충격에 의해 활성화된 피부인 경수 요체는 대뇌로 경계신호를 보내고 대뇌는 자율신경반사 시스템을 통해 즉각 반응, 자가치유기능을 통해 치료하는 원리의 의료용 저온기이다.

도 1은 종래의 극저온 치료기의 외관을 예시적으로 도시한 것이며, 도 2는 종래 극저온 치료기의 구성을 나타낸 도면이다. 종래의 극저온 치료기는, 냉각 기체 생성부와 장치 전반을 제어하는 제어부를 포함하는 본체와 냉각 기체를 환부에 분사하는 핸드 피스로 구성된다. 핸드 피스는 케이블에 의해 본체의 냉각 기체 생성부와 연결되어 이로부터 전달되는 냉각 기체를 조작자가 손에 쥐고 환부에 분사함으로써 극저온 치료를 수행하게 된다.

이와 같은 극저온 치료기에 의해 극저온 치료를 수행할 때 피부에 냉각 기체를 분사하여 피부의 온도가 내려가게 하는 것으로, 지속적으로 냉각 기체를 공급할 수 있어야 한다. 기존의 극저온 치료기에는 치료용 냉각기체로 질소 또는 이산화탄소를 사용하였고, 이들 냉각 기체를 탱크에 저장한 후 필요시 환부로 분사하도록 하였다. 그런데, 탱크 내에 저장된 기체를 모두 소모한 경우에는 저장된 탱크 자체를 교체하여 사용하여야 하였다. 즉, 기존의 냉각 치료기가 질소, 이산화탄소 등의 냉각기체를 저장한 탱크를 사용하여 치료를 하고 냉각 기체 소모에 따라 주기적으로 탱크를 교체해야만 하였다. 그러므로 종래의 극저온 치료기에서는 냉각 기체 저장용 탱크 유지 및 교체 등에 과다한 비용과 어려움이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 한계점을 해결하기 위한 것으로서, 간편하고 효율적인 방식으로 냉각 기체를 지속적으로 공급할 수 있는 극저온 치료기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 냉각 기체를 저장한 탱크를 교체하지 않고 지속적으로 냉각 기체를 공급할 수 있도록 냉각 과정을 이중으로 냉각하는 것이며, 1차 냉각된 기체를 저장탱크에 보관하여 치료시에 사용하는 극저온 치료기를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은, 이를 위해 펠티어 소자를 이용한 냉각과 볼텍스 튜브를 이용한 냉각을 병행하여 냉각하며, 냉각기체로는 공기를 사용하는 극저온 치료기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 기체를 냉각하여 환부에 분사하는 극저온 치료기로서, 펠티어 소자를 이용하여 상기 기체를 1차 냉각하는 제1냉각장치(100); 상기 제1냉각장치에서 냉각된 기체를 압축하는 압축기(200); 상기 압축기에 의해 압축된 기체를 저장하는 저장탱크(300); 상기 저장탱크에서 배출되는 압축 기체를 유입한 후, 볼텍스 튜브를 이용하여 2차 냉각하는 제2냉각장치(400); 상기 볼텍스 튜브에서 2차 냉각되어 토출되는 기체를 환부에 투사하는 핸드피스(500);를 포함하는 이중 냉각 방식의 극저온 치료기를 제공한다.

상기 제1냉각장치는, 상기 기체가 유입되어 열교환이 이루어지는 열교환기(110); 상기 열교환기에 부착되어 열교환을 통해 기체를 냉각하는 캐스캐이드 펠티어 소자(120); 상기 캐스캐이드 펠티어 소자에 접하여 열을 방출하는 방열판(130); 및 상기 방열판의 열을 외부로 방출하는 냉각팬(140);을 포함한다.

상기 캐스캐이드 펠티어 소자는 다수 개의 펠티어 소자가 접하여 이루어진다.

상기 볼텍스 튜브는, 상기 압축 기체가 유입되는 유입부(420)와, 유입된 압축 기체는 외곽측에서 나선 회전하는 고온기체와 내측에서 나선 회전하는 저온기체로 분리된 후, 고온기체와 저온기체가 각각 배출되는 고온배출부(430)와 저온배출부(440)를 구비하고, 상기 고온배출부에는 제어플러그(435)가 구비되어 고온배출부에서 배출되는 고온기체의 양과 저온배출부에서 배출되는 기체의 양을 조절할 수 있다. 그리고, 상기 기체는 공기인 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 냉각 기체를 저장한 탱크를 교체하지 않고 냉각 기체를 탱크에 보관한 후 필요한 시에 냉각 기체를 지속적으로 사용할 수 있는 유리한 효과가 발생한다.

본 발명의 극저온 치료기는 별도로 냉각기체를 교환할 필요가 없어 유지보수 및 탱크 교체에 따른 사용상의 불편함을 해소할 수 있는 유리한 효과가 발생한다.

도 1은 종래의 극저온 치료기의 외관을 예시적으로 도시한 것이며,
도 2는 종래 극저온 치료기의 구성을 나타낸 도면이며,
도 3는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기의 개념적인 구성이며,
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기에 사용되는 케스케이드 펠티어 소자이며,
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기에 사용되는 볼텍스 튜브의 단면 모습이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 의한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기의 구성을 나타낸 도면이다.도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기에 사용되는 케스케이드 펠티어 소자이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 극저온 치료기의 구성을 보면, 기체를 1차 냉각하여 탱크에 저장하고 환부에 분사시에 2차로 냉각하면서 분사하는 것이 특징이며, 냉각 기체가 보관된 탱크 교체과정을 없애기 위해 냉각 기체로는 대기중의 공기를 사용하는 것이 특징이며, 이를 위해 기체를 1차 냉각하는 제1냉각장치(100)와 2차 냉각하는 제2냉각장치(400)를 가진다.

본 발명은, 1차냉각을 위해 외부 공기(a1)를 제1냉각장치(100)로 유입하되 필터(50)를 거쳐서 이물질을 제거한 공기(a2)를 유입한다. 상기 제1냉각장치(100)는, 유입된 공기와 열교환 과정을 통해 공기를 냉각시키는 열교환기(110)와, 상기 열교환기에 부착되어 열교환을 통해 기체를 냉각하는 캐스캐이드 펠티어 소자(120)와, 상기 캐스캐이드 펠티어 소자에 접하여 열을 전달 받아 방출하는 방열판(130)과, 상기 방열판의 열을 외부로 방출하는 냉각팬(140)을 포함한다. 상기 캐스캐이드 펠티어 소자(120)는 다수 개의 펠티어 소자(N1,N2...NN)가 접하여 이루어진다.

펠티어(열전모듈, Peltier)소자는 N형 반도체소자 와 P형 반도체소자로 내부를 구성하고, 그 양측면에는 접합금속판을 형성하여 이루어진 것으로, 펠티어소자에 전원을 공급하게 되면, 양 접합금속판 중 일측면은 흡열반응이 일어나게 되고, 타측면은 흡열한 열을 방열하는 방열반응이 일어나게 되는 바, 이러한 원리를 가진 펠티어소자의 흡열면에 열교환부 를 형성하게 되면 흡열면의 주위 기온을 냉각시킬 수 있게 되고, 방열면에 열교환부를 형성하게 되면, 주위 온도을 상승시킬 수 있게 된다. 본 발명의 케스케이드 펠티어 소자(120)는 이러한 각각의 펠티어소자를 복수 개를 서로 연결한 것이며, 펠티어 소자의 흡열면을 상기 열교환기(110) 측에 접하게 하여 유입된 공기의 냉각에 이용한 것이다.

상기 제1냉각장치(100)에서 1차로 냉각된 공기(a3)는 압축기(200)에서 압축된 후 압축된 공기(a4)가 저장탱크(300)에 저장된다. 그리고, 치료가 필요한 경우에 저장탱크에 저장된 공기가 배출되면서 제2냉각장치(400)에서 2차냉각 과정을 거치게 된다. 제2냉각장치(400)는, 상기 저장탱크에서 배출되는 압축 공기(a5)를 유입한 후, 볼텍스 튜브를 이용하여 2차 냉각하게 된다. 그리고, 상기 볼텍스 튜브에서 2차 냉각되어 토출되는 기체는 핸드피스(500)를 이용하여 환자의 환부에 투사하게 된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 극저온 치료기의 제2차냉각장치인 볼텍스 튜브의 단면 모습이다

상기 제2차냉각장치(400)인 볼텍스 튜브는 저장탱크에서 나온 고압의 공기(a5)가 와류실로 유입되면 외곽측에서 나선 회전하는 고온기체와 내측에서 나선 회전하는 저온기체로 분리되는 원리를 이용한 것이다. 볼텍스 튜브의 유입부(420)를 통해 상기 저장탱크(300)에서 압축되어 있던 기체가 유입되고, 유입된 기체는 볼텍스 튜브 몸체(410) 내부의 외곽측에서 나선 회전하는 고온기체(a6)와 내측에서 나선 회전하는 저온기체(a7)로 분리된다. 그리고, 고온기체와 저온기체는 각각 고온배출부(430)와 저온배출부(440)를 통해 외부로 배출된다. 상기 고온배출부(430)에는 원뿔 형상의 제어플러그(435)가 구비되어 있어서 고온배출부에서 배출되는 고온기체의 양과 저온배출부에서 배출되는 기체의 양을 조절할 수 있다.

볼텍스 튜브(vortex tube)는 압축된 기체를 뜨거운 흐름과 차가운 흐름으로 분리시키는 것으로 뜨거운 부분의 온도는 200°C까지 올라가고 차가운 쪽 온도는 -50°C까지 떨어뜨릴 수 있다. 또한 가동부(moving part)가 없는 것이 특징이다. 압축된 공기가 와류실(swirl chamber)을 향해 분출되면 빠른 속도로 가속되며 회전한다. 튜브 끝에 있는 원뿔형 노즐 때문에 튜브 바깥에서 회전하던 기체만 밖으로 외부로 빠져 나가고, 빠져나가지 못한 나머지 기체는, 바깥 소용돌이(vortex) 안쪽에서, 반대 방향으로 되돌아가는 힘을 받아 소용돌이를 일으키며 되돌아가게 되는데, 본 발명은 이러한 볼텍스 튜브의 원리를 이용한 것이다.

도면 미설명부호 250과 350은 유체 흐름을 차단하거나 개방하는 밸브이다.

본 발명은 위에서 설명한 바와 같이, 냉각 기체로 공기를 사용하는 것이 특징이며, 전자 냉각에 사용되는 펠티어 소자를 이용하여 1차 냉각을 하고 볼텍스 튜브를 이용하여 2차 냉각을 하도록 하는 것이 특징이다. 1차 냉각에서는 펠티어 소자를 제어하여 온도를 최대 -80℃까지 냉각한다. 1차 냉각된 공기는 압축기를 거쳐 저장탱크에 보관되었다 사용할 때 출력 밸브를 개방하여 볼텍스 튜브에 냉각된 공기를 공급한다. 볼텍스 튜브를 거친 공기는 재차 냉각되어 1차 냉각된 공기보다 더 낮은 온도를 가지게 되며 볼텍스 튜브의 설정에 따라 달라질 수 있다. 2차 냉각된 공기는 토출 제어용 레버가 달린 핸드피스를 통해 환부에 투사된다. 1차 냉각은 시술하지 않을 때 적절한 시점에 실시하고 시술할 때는 2차 냉각을 한다. 이렇게 시스템을 구축하면 별도로 냉각기체를 교환할 필요가 없어 유지보수 및 탱크 교체에 따른 사용상의 불편함을 해소할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...제1냉각장치
200...압축기
300...저장탱크
400...볼텍스 튜브
500...핸드 피스

Claims (5)

1. 기체를 냉각하여 환부에 분사하는 극저온 치료기로서,
   펠티어 소자를 이용하여 상기 기체를 1차 냉각하는 제1냉각장치;
   상기 제1냉각장치에서 냉각된 기체를 압축하는 압축기;
   상기 압축기에 의해 압축된 기체를 저장하는 저장탱크;
   상기 저장탱크에서 배출되는 압축 기체를 유입한 후, 볼텍스 튜브를 이용하여 2차 냉각하는 제2냉각장치;
   상기 볼텍스 튜브에서 2차 냉각되어 토출되는 기체를 환부에 투사하는 핸드피스;를 포함하는 이중 냉각 방식의 극저온 치료기.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 제1냉각장치는,
   상기 기체가 유입되어 열교환이 이루어지는 열교환기;
   상기 열교환기에 부착되어 열교환을 통해 기체를 냉각하는 캐스캐이드 펠티어 소자;
   상기 캐스캐이드 펠티어 소자에 접하여 열을 전달받아 방출하는 방열판; 및
   상기 방열판의 열을 외부로 방출하는 냉각팬;을 포함하고,
   상기 캐스캐이드 펠티어 소자는 다수 개의 펠티어 소자가 접하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
   
3. 제2항에 있어서, 상기 볼텍스 튜브는,
   상기 압축 기체가 유입되는 유입부와,
   유입된 압축 기체는 외곽측에서 나선 회전하는 고온기체와 내측에서 나선 회전하는 저온기체로 분리된 후, 고온기체와 저온기체가 각각 배출되는 고온배출부와 저온배출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 고온배출부에는 제어플러그가 구비되어 고온배출부에서 배출되는 고온기체의 양과 저온배출부에서 배출되는 기체의 양을 조절하는 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기체는 공기인 것을 특징으로 하는 극저온 치료기.

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