[发明专利]低温冷却的方法和系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是由Peter J.Littrup等人于2004年1月14日递交的名称为“冷冻疗法系统”的第10/757,769号美国申请的部分继续申请；该申请正式要求享受由Peter Littrup等人于2003年1月15日递交的名称为“冷冻治疗系统”的第60/440,662号美国临时申请的申请日，将这两件申请所公开的全部内容合并在本申请内作为所有用途的参考，包括附录。本申请还是由Peter J.Littrup等人于2004年1月14日递交的名称为“冷冻疗法探针”的第10/757,768号美国申请的部分继续申请；该申请正式要求享受由Peter Littrup等人于2003年1月15日递交的名称为“冷冻治疗探针”的第60/440,541号美国临时申请的申请日，将其所公开的全部内容合并在本申请内作为所有用途的参考，包括附录。

技术领域

本申请涉及用于低温冷却的方法和系统。“低温冷却”一般是指使用液化气体，即“致冷剂”，进行冷却的过程，其可以采取冷冻或简单急冷系统或物料的方式。

背景技术

有许多医疗和非医疗的应用都需要提供有效的冷却过程。任何冷却过程都可被视为涉及以下四个除去热负荷的基本过程当中的一个或多个：蒸发、传导、辐射和对流。低温冷却技术中的一个难题源自蒸发过程，而这可以利用一条小的通道里的冷却过程加以说明。在蒸发液化气体的过程中，液体转换成气体，产生巨大的膨胀；该体积膨胀的程度为200倍。在一个小直径的系统中，该膨胀的程度通常会导致在本领域中称为“气阻”的现象。该现象由例如通常是低温探针的直径细小的管道中致冷剂的流动加以例证。形成相对大体积的膨胀气体，然后其阻碍液体致冷剂的流动。用以避免气阻的传统技术包括限制管道的直径，要求其足够大以容纳导致气阻的蒸发作用。其他复杂的低温探针和管道配置都用以“排出”沿着传送管道产生的N₂。这些设计也限制了成本效益和探针直径。

因此，本领域通常需要用于低温冷却的改进的方法和系统。

发明内容

因此，本发明的实施方案提供了用于冷却物体的方法和系统。所述方法和系统通过沿着不越过致冷剂的液气相线的热动力学路径改变压力/温度的特性，以避免气阻的出现。在一些实施方案中，这是通过保持致冷剂的压力接近或大于其临界点压力而实现的。在许多实施方案中，致冷剂包括氮气(N₂)，但是在其他的实施方案中可以使用其他致冷剂。

第一组实施方案提供了使用具有由临界点压力和临界点温度确定的临界点的致冷剂以冷却物体的方法。使该致冷剂的压力提高至其临界点压力之上。随后，使该致冷剂与该物体沿着热动力学路径热连通，以提高该致冷剂的温度，而在该致冷剂与该物体热连通期间，该热动力学路径保持压力大于所述临界点压力。

在某些情况下，所述热动力学路径可以增加所述致冷剂的温度至环境温度。从所述致冷剂与所述物体的热连通除去该致冷剂以后，该致冷剂的压力可以降低至环境压力。在某些实施方案中，在提高位于其临界点温度之上的所述致冷剂的压力以后且在该致冷剂与所述物体热连通以前，无需降低该致冷剂的压力至其临界点压力之下即可降低该致冷剂的温度。例如，可以通过所述致冷剂与温度低于该致冷剂温度的第二液体致冷剂进行热连通，而使该致冷剂的温度降低。所述致冷剂与第二致冷剂可以是化学上相同的，而该第二液体致冷剂可以基本上处于环境压力下。在一个实施方案中，在降低所述致冷剂的温度时，该致冷剂的压力基本上不变。

若所述致冷剂的压力升高至其临界点压力之上，则该致冷剂的压力可以升高至接近或约等于其临界点压力。并且，若所述致冷剂的压力升高至其临界点压力之上，则该致冷剂的温度接近于其临界点温度。在一个实施方案中，所述致冷剂的温度在其临界点温度±10％的范围内。在一个实施方案中，通过将所述致冷剂放置在绝热罐内，并在该罐内加热至少直至达到该罐内的预定压力，该致冷剂的压力可以升高至其临界点压力之上。