伝熱制御式・長尺クライオプローブの試作に関する研究

• 研究課題/領域番号: 02555044
• 研究種目: 試験研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
• 研究分担者: 藤間 克己 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 笠原 敬介 前川製作所, 副社長 ; 鈴木 和弥 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40211833) ; KASAHARA K. Mayekawa MFG.Co.Ltd., Vice President ; FUJIMA K. Mayekawa MFG.Co.Ltd., Research Engineer ; SUZUKI K. Mayekawa MFG.Co.Ltd., Research Engineer ; 藤間 克巳 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 笠原 啓介 前川製作所, 副社長 ; 鈴木 和也 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 金 柱均 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (00214859)
• 研究期間 (年度): 1990 – 1992
• 研究課題ステータス: 完了 (1992年度)
• 配分額: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 1992年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 1991年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円); 1990年度: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円)
• キーワード: クライオプローブ / 冷凍外科 / 沸騰熱伝達 / 低温工学 / 衝突噴流 / 強制対流 / 熱伝達 / 真空断熱 / クライオプロ-ブ / 沸騰

研究概要

本研究の目的は、非切開的に癌や腫瘍を局所的に凍結外科治療して患者の苦痛や危険性を軽減させるため、内視鏡内に設けられた生検鉗子用チャンネルに挿入して用いることができる極細径(3.1mm)かつ長尺1mのクライオプローブを開発することである。本研究で開発したクライオプローブは、本体を3重管で構成し、その先端に冷却端子を設け、外管と中管の環状部を真空断熱したもので、デュワー瓶内で加圧された液体窒素は、直径1mmの内管を通ってプローブ先端部に到達し、内管から噴出して冷却端子の内面に衝突し、冷却端子を高熱流束で冷却するものである。以下に本研究で得られた成果を年度別に示す。
(1)平成2年度に行った極細径・長尺クライオプローブの定常冷却実験により、液体窒素の衝突噴流の質量流量や冷却端子の内面形状などがプローブの冷却性能に及ぼす影響を明らかにし、最大冷却性能として約1.5MW/m^2を達成した。
(2)平成3年度に行った本クライオプローブの断熱性能実験と非定常冷却実験により、真空断熱層の真空度とスペーサの形状が断熱層を介しての漏洩熱量に及ぼす影響を明らかにし、また冷却端子に働く熱負荷、デュワー圧力、液体窒素の流量などが冷却曲線(冷却速度)に及ぼす影響を明らかにした。
(3)平成4年度では、平成3年度までの研究成果に基づき、極細径・長尺クライオプローブの伝熱性能(冷却性能)の制御をデュワー圧力制御方式として、コンピュータによるオンラインシステムを構築し、動的に冷却能力を制御する手法を確立し、研究計画を終了した。以上述べたように、本研究の目標は、ほぼ達成されたということができる。なお本研究の成果の一部は、平成3年11月7日付の新聞4誌によって全国的に紹介されたことを付記する。

研究成果

• [文献書誌] 相原 利雄: "極細径クライオプローブの伝熱特性に関する研究" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 538-540 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 鈴木 和弥,相原 利雄: "液体窒素のマイクロジェットによる細径・長尺クライオプローブの冷却特性に関する実験的研究" 日本機械学会[No,900-71]熱工学部門講演会講演論文集. 61-62 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 相原 利雄: "冷凍外科用クライオプローブの開発とその冷却特性" 人間-熱環境系シンポジウム報告集. 122-125 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 石丸 誠,相原 利雄: "液体窒素の微細衝突噴流による沸騰熱伝達" 第28回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 3. 730-732 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 相原 利雄: "極細径クライオプローブにおける液体窒素の微細衝突噴流沸騰熱伝達" 日本機械学会論文集(B編). 57. 2112-2117 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.AIHARA,: "Boiling Heat Transfer of a Micro-Impinging Jet of Liquid Nitrogen in a Very Slender Cryoprobe" Int.Jour.of Heat and Mass Transfer. 36-1. 169-175 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 鈴木 和弥,相原 利雄: "細径・長尺クライオプローブにおける断熱特性と非定常冷却特性" 低温工学. (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] T.Aihara: "Study on Heat Transfer Characteristics of a Very Slender Cryoprobe (in Japanese)" Proc.27th National Heat Transfer Symposium of Japan. Vol.2. 538-540 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Suzuki and T.Aihara: "Experimental Study on Cooling Characteristics due to a LN_2 Micro-Jet by a Slender Long Cryoprobe (in Japanese)" Proc.Annual Meeting of JSME Thermal Engineering Division. 61-62 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Aihara: "Development of a Cryoprobe for Cryo-Surgery and its Cooling Characteristics (in Japanese)" Proc.Symposium on Human-Thermal Environment System. 122-125 (1990)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] M.Ishimaru and T.Aihara: "Boiling Heat Transfer Characteristics due to a Micro-Impinging Jet of LN_2 (in Japanese)" Proc.28th National Heat Transfer Symposium of Japan. 730-732 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Aihara: "Boiling Heat Transfer of a LN_2 Micro-Jet in a Very Slender Cryoprobe (in Japanese)" Trans.Japan Soc.Mech.Engrs.Vol.57, No.538. 2112-2117 (1991)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Aihara: "Boiling Heat Transfer of a Micro-Impinging Jet of Liquid Nitorogen in a Very Slender Cryoprobe" Int.Jour.of Heat and Mass Transfer. Vol.36, No.1. 169-175 (1992)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] K.Suzuki and T.Aihara: "Thermal Insulation and Tran-sient Cooling Performance of a Slender Long Cryoprobe" Cryogenic Engineering. (1993)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] T.Aihara,J.-K.Kim,K.Suzuki,K.Kasahara,: "Boiling Heat Transfer of a Micro-Impinging Jet of Liquid Nitrogen in a Very Slender Cryoprobe" Int.Jour.of Heat and Mass Transfer. 36-1. 169-175 (1992)
• [文献書誌] 鈴木 和弥,相原 利雄: "細径・長尺クライオプローブにおける断熱特性と非定常却特性" 低温工学. (1993)
• [文献書誌] 石丸 誠,金 柱均,相原 利雄,下山 利幸: "液体窒素の微細衝突噴流による沸騰熱伝達" 第28回日本伝熱シンポジウム講演論文集. B. 730-732 (1991)
• [文献書誌] 相原 利雄,鈴木 和也,金 柱均,笠原 啓介: "細径クライオプロ-ブにおける液体窒素の微細衝突噴流沸騰熱伝達" 日本機械学会論文集(B編). 57-538. 2112-2117 (1991)
• [文献書誌] T.Aihara,J.-K.Kim,K.Suziki,K.Kasahara: "Boiling Heat Transfer of a Micro-Impinging Jet of liquid Nitrogen in a Very Slender Cryoprobe" Int.Jour.of Heat and Mass Transfer. 35. (1992)
• [文献書誌] 相原 利雄: "極細径クライオプロ-ブの伝熱特性に関する研究" 第27回日本伝熱シンポジウム講演論文集. 2. 538-540 (1990)
• [文献書誌] 鈴木 和弥: "液体窒素のマイクロジェットによる細径・長尺クライオプロ-ブの冷却特性に関する実験的研究" 日本機械学会[No.900ー71]熱工学部門講演会講演論文集. 61-62 (1990)
• [文献書誌] 相原 利雄: "冷凍外科用クライオプロ-ブの開発とその冷却特性" 第14回人間ー熱環境系シンポジウム報告集. 122-125 (1990)