Выбор технологии криостатирования индивидуаьной криосауны

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ КРИОСТАТИРОВАНИЯ ИНДИВИДУАЬНОЙ КРИОСАУНЫ

А.Ю. Баранов, В.А. Баранов, В.М. Ле Куанг

Криосауны наиболее современный, эффективный и рентабельный вид аппаратов для общей криотерапии. Несмотря на малые размеры, низкое энергопотребление и относительную простоту конструкции, криосауны  пропускную способность до 100 человек в день, т.е. практически не уступают групповыми системами. В тоже время индивидуальные аппараты, благодаря высокой энерговооруженности,  значительно превосходят групповые системы по эффективности лечебного воздействия. Серийное производство криосаун в России создало условия для быстрого  распространения общей криотерапии в лечебной практике. По доступности криотерапевтических услуг Россия значительно опережает все страны мира. Основой коммерческого успеха отечественных криосаун является  индивидуализация процедур и синхронностей охлаждения поверхности тела.

УСЛОВИЯ СИНХРОННОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ

В публикациях  посвящённых  вопросам  качества криотера­певтической аппаратуры, особое внимание уделяется изотропности  поля температур внутри процедурной кабины. Все разработчики единодушны в том, что равенство температур по всему объёму обеспе­чивает наилучшие лечебные результаты, так как создает одинаковые условия охлаждения для всех участков тела и позволяет сочетать высокую эффективность процедур с безопасностью. Но, обеспечить такие условия на практике удается далеко не всегда.

Наиболее распространённой причиной нестабильности температуры является  недоста­точная энерговооружённость охлаждающей системы. Многие криотерапевтические комплексы не способны отвести  теплоту выделяемую  пациентами [2]. Судя по техническим характеристикам [3], системы охлаждения многих установок спроектированы с учетом максимальной теплотворной способности человеческого тела - 500 Вт. В криосауне  180 с происходит переохлаждение поверхности тела на 30 К, поэтому  количество теплоты отводимой теплоты на порядок выше [1].  Из-за дефицита холодопроизводительности нельзя обеспечить синхронное охлаждение, так как температура газа в кабине нестабильна по времени и координатам.

ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА НА СИСТЕМУ КРИОСТАТИРОВАНИЯ.

С технической точки зрения криогенная физиотерапия представляет собой технологию переохлаждения поверхности тела до уровня +2÷ ─2ºC. Переохлаждение ограничивают по времени ля того, что оно не распространилось во внутренние слои тела, а также, для того чтобы исключить случаи обморожения. В результате с поверхности тела за 180 с выделяется до 400 кДж/м² теплоты, средний тепловой поток составляет 2,2 кВт/м². Значительное количество теплоты подводится от стенок процедурной кабины. Из-за колебания температур в изолированном пространстве теплоприток от теплового ограждения может достигать величины 0,5÷1,0 кВт/м².

Вся эта теплота отводится из объема криосауны потоком газа- теплоносителя (см. рис.1). Газ поступает в нижнюю часть кабины  в количестве  и минимальной температурой . Перемещаясь по объему кабины  3, газ воспринимает тепловые потоки  и , в результате  его температура возрастает до   ..

Рис. 1 Тепловая схема  индивидуальной криотерапевтической установки с азотным охлаждением.

Механизм переноса  теплоты за пределы процедурной кабины основан на теплоемкости газа. Перегрев газа в кабине неизбежен, следовательно, создать изотермические условия невозможно. Но, в условиях ограниченного градиента температур и с использованием слабо вынужденной конвекции, можно обеспечить синхронное снижение температуры поверхности тела. Для оптимизации процесса охлаждения используют математическую модель индивидуальной криотерапевтической установки. Тепловые и материальны процессы в кабине индивидуальной криосауны, описываются дифференциальными уравнениями энергии и неразрывности [2], учитывая симметрию процессов в кабине пациента,  можно ограничиться одномерным приближением:

Уравнение неразрывности:

Уравнение энергии газа:

где: q_v- суммарный подвод теплоты к единице объема ИУ.

удельная, отнесенная к единице объема кабины, площадь поверхности объекта охлаждения ( пациента) и изоляционной конструкции, соответственно, м²/м³;- соответственно удельные тепловыделения с поверхности объекта и изоляции, Вт/м².

 Подвод теплоты от источников определяется   градиентом температур и интенсивность теплообмена:

и  .

Для расчета значение  используются математические модели покровных тканей человека [1] и многослойной теплоизоляции.  Математическая модель индивидуальной криотерапевтической установки позволяет, оценить работоспособность различных вариантов криостатирования процедурной кабины.

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ КРИОСТАТИРОВАНИЯ.

Приведенная на рис. 1 схема, широко применялась в установках производимых в конце ХХ века. С учетом способа отвода теплоты из кабины 3, эту схему называют проточной. Газ –теплоноситель получают путем смешения атмосферного воздуха с мелкодисперсным жидким азотом. Охлаждение воздуха от температуры окружающей среды , до температуры  с которой газ подается в кабину,  обеспечивается за счет подачи в теплообменное устройство 4  потока жидкого азота .

Удельные затраты криоагента   определятся из теплового и материального баланса контактного теплообменника. Материальный баланс: