Принцип действия системы охлаждения криосауны, страница 2

Испарение капель уменьшает их диаметр. Уменьшение диаметра приводит к снижения значение V_вит . Таким образом процесс испарения  увеличивает скорость перемещения капли в канале. Время пребывания капель в канале зависит от скорости перемещения и высоты канала:

t_исп=Y_K/V_K

при Y_K=1 м    расчетное время движения капель в канале в зависимости от  их диаметра составляет 0,04<t_исп£0,15 с. Капли малого диаметра в канале задержатся не могут, так как быстро уносятся  потоком газа. Поэтому  теплопередающая поверхность  формируется  из крупных капель криоагента диаметром от 0,4 до 0,6 мм. Как только уменьшается в размере газовый поток выносит ее из канала в полость отделителя. В отделителе скорость газа быстро снижается и капли под действием гравитации возвращаются в слой жидкости 1.

Рассмотренная схема предельно упрощает процессы в системе охлаждения, так не содержит узлов обеспечивающих движение потоков. В действительности  перемещение материальных потоков обеспечивается за счет работы центрального вентилятора 3 (см. рис. 3). Особенностью работы вентиляторного агрегата  криосауны  является то, что в него из  канала 2 поступает двухфазный ( смесь газа и капель жидкости) поток. Это повышает характеристики вентилятора и позволяет создавать значительный перепад давления. Присутствие неиспарившихся капель азота увеличивает эффективную плотность потока, которая влияет на величину напора создаваемого вентилятором. Как показывают замеры  перепад давления газа вдоль канала 2 ( )  составляет до 1800 Па. Это обеспечивает высокую скорость газа в емкости 1 и создает  условия для  отрыва капель азота от слоя жидкости.

Рис. 3 Конструктивная схема системы охлаждения.

Схема приведенная  на рис. 3 раскрывает конструкцию системы охлаждения. В частности устройство регулировочных элементов  P-1 и P-2. На технологической схеме эти узлы обозначены как регулировочные вентили. Такое обозначение раскрывает функцию элементов, но не соответствует их конструкции.

В действительности регулировочный элемент Р-1 (рис. 3) представляет собой управляющую заслонку на линии нагнетания вентилятора 3. Заслонка Р-1 увеличивает нагрузку на двигатель вентилятора 3 и позволяет управлять количеством жидкости поступающим из канала 2. Количество неиспарившихся капель в потоке газа выходящем  из канала 2  связано с величиной теплопередающей площади капель жидкого криоагента. Изменяя количество испаряющихся капель,  можно управлять  температурой газа на выходе из системы охлаждения. Чем больше суммарная площадь капель, тем меньше разность температур между газом и жидкостью, тем ниже температура газа поступающего в кабину пациента.   И наоборот уменьшение количества капель в канале позволяет подавать в кабину газ с более высокой температурой. Операция настройки регулировочного узла Р-1 выполняется в ходе пуско-наладочных испытаний. Изменяя сопротивление клапана Р-1, устанавливают нужный уровень температуры газа на входе в кабину.

Учитывая то, что за время процедуры уровень криоагента в расходной емкости  существенно изменяется, задача эмпирического подбора  необходимого сопротивления линии нагнетания представляется невыполнимой. Однако на практике, настройка системы криостатирования на необходимую температуру теплоносителя, может быть  выполнена за 1-2 процедуры. 

Простота настройки системы криостатирования объясняется тем, что между ее основными элементами, контактным теплообменником и центробежным побудителем расхода существует самопроизвольная обратная связь.  Физическую основу этой связи составляет зависимость мощности расходуемой в центробежном побудителе от эффективной плотности поступающего в рабочее колесо потока. Учитывая значительную разницу плотностей теплоносителя (около 2,5 кг/м³) и криоагента (807 кг/м³) даже небольшое количество капель жидкого азота резко увеличивает эффективную плотность и массовый расход парожидкостного потока.