Физическая модель криотерапевтического комплекса

ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ  КТК

Основные технологические рекомендации по реализации ОКТ сформулированы без учета

Технология криотерапии оптимизировалась на одномерной модели объекта криотерапевтического воздействия. Соответственно колебания температуры газа по времени и высоте исполнительного устройства в рассмотрение не принимались:

На практике изотермическая технология криотерапии невозможна. Температурный режим исполнительного устройства нарушается при вводе объекта охлаждения в зону криовоздействия, внутренний объем исполнительного устройства сообщается со смежной полостью (окружающей средой или шлюзом) и заполняется более теплым газом.  Температура заполняющего исполнительное устройство газа в начале охлаждения всегда значительно выше номинального значения:

Определяющую роль  в восстановлении номинального уровня температуры в исполнительном устройстве играет удельная энерговооруженность системы криостатирования.

          Если удельной выделение теплоты от источников превышает удельную холодопроизводительность системы криостатирования, восстановить номинальную температуру не удается.

Рис.   1 Тепловая схема криотерапевтического комплекса.

Процессы протекающие в криотерапевтических системах поясняет тепловая схема комплекса (см. рис.  1). Схема содержит источники теплоты, поверхности пациента 2 (q₂)  и изоляции 3 (q₃)  . Теплота отводится газом –теплоносителем 1. Воспринимая теплоту, выделенную источниками 2 и 3, газ перегревается:

 или .

.

В устройствах этого типа движение газовой среды определяется интенсивностью естественной конвекции, поэтому понятие расхода газа вводится условно, чтобы подчеркнуть механизм переноса теплоты. Как показывает практика именно недостаточная эффективность естественной конвекции газа является основной причиной значительного градиента температуры по высоте групповых криотерапевтических кабин [].

 Величина перегрева теплоносителя от подведенной теплоты определяет среднюю температуру газа в кабине:

Для того чтобы  охлаждение проходило в оптимальных условиях средняя температура газа должна соответствовать технологическим рекомендациям,  изложенным в гл. 3:   Для выравнивания скорости охлаждения необходимо снижать градиент температур по оси движения газового потока: , а .

Квазиизотермические условия кабины поддерживает система криостатирования. На рис.   1. приведена схема с отводом теплоты  посредством рекуперативного теплообменника 4. Теплообменник охлаждается за счет блока охлаждения 5. Наличие теплообменника 4 исключает попадание в теплоноситель криоагента или хладагента, поэтому газ 1 пригоден для дыхания. Такая схема криостатирования применяется во всех групповых комплексах  и в некоторых индивидуальных криосаунах (№№ 4,5,6 и № 3 см. табл.4.2.1).  Суммарный подвод теплоты  к единице объема  теплоносителя пропорционален интенсивности тепловыделений и удельной площади поверхности теплоисточников:

В установившемся режиме система находится в тепловом равновесии:

.

В индивидуальных криотерапевтических комплексах большее распространение получила схема,  приведенная на рис. 2.

Отличительной особенностью схемы охлаждения индивидуальных криотерапевтических систем, является вынос теплоприемника, теплообменного устройства 4, за пределы исполнительного устройства. Это обеспечивает снижение объема исполнительного устройства, повышает его удельную вместимость. Кроме того, такое размещение теплообменника 4 защищает его от контакта с атмосферным воздухом, проникающим в исполнительное устройство индивидуального типа при входе и выходе пациентов. Такой контакт не только увеличивает подвод теплоты к теплообменнику, но и вызывает интенсивное вымораживание атмосферной влаги, что в свою очередь резко ухудшает условия теплопередачи. При использовании схемы приведенной на рис.   2  газ циркулирует через объем  устройства и переносит выделенную в объеме теплоту  к системе криостатирования 4-5.   Подвод теплоты от, расположенных в зоне криотерапевтического воздействия теплоисточников, вызывает перегрев теплоносителя от начальной температуры T_1-1  до конечного значения T_1-n :

∆T₁ = T_1-n - T_1-1 .

 Величина перегрева теплоносителя, определяется соотношением его  удельного массового расхода и величины удельного подвода теплоты:                 

.

В индивидуальных установках  движение газа в зоне охлаждения вынужденное,  поэтому расход  теплоносителя через систему криостатирования 5 является регулируемым параметром. Выбор оптимального расхода является основным способом поддержания допустимого градиента температур по оси движения газа через процедурную кабину.

           Рис.   2 Тепловая схема криотерапевтического комплекса с внешней системой криостатирования.

Учитывая многообразие используемых в индивидуальных криосаунах конструктивных решений, для описания потока теплоносителя, целесообразно использовать удельное значение массового расхода.  Оно определяется отношением расхода газа через систему 4-5 к объему исполнительного устройства 

.

Удельный расход теплоносителя позволяет определить среднее значение линейной скорости газа в исполнительном устройстве.

 Теплообменное устройство 4 системы криостатирования 5 снижает температуру теплоносителя от T_1-n до T_1-1, за счет этого обеспечивается криостатирование зоны воздействия при средней температуре:

Криостатирование, поддержание во внутреннем  пространстве процедурной кабины постоянной температуры , предполагает способность системы охлаждения поддерживать тепловой баланс:

,       .