Резюме на научна статия по Материално инженерство, автор на научна статия - А.Й. Баранов, Т.А. Малишева

Резюме Докладът е посветен на обосновката за използване на хладилници, работещи върху цикъла на въздушната хладилна машина, за криостатиране на нискотемпературно пространство на криотерапевтични комплекси. Ниската енергийна ефективност на криотерапевтичните комплекси ограничава широкото му практическо приложение. Причината за тази енергийна ефективност е, че течният азот с точка на кипене 78 K се използва за отвеждане на топлина на ниво 120 - 140 К. Замяната на азотна охладителна система от турбохладителя с работна температура 140 K намалява консумацията на енергия до един процедурен цикъл от 23 до 5,85 mJ.

турбохладители

Подобни теми на научна статия в Материалното инженерство, автор на научна статия - A.Y. Баранов, Т.А. Малишева

Академична изследователска работа на тема "Турбохладители, използвани за охлаждане на криотерапевтичните единици"

Достъпно онлайн на www.sciencedirect.com

ELSEVIER Procedia Engineering 152 (2016) 169 -172;

Международна конференция по нефтено и газово инженерство, OGE 2016

Турбо-хладилници, използващи за охлаждане на криотерапевтичните единици

Баранов А.Й. а, Малишева Т.А. а *

aСанкт Петербургски национален изследователски университет по информационни технологии, механика и оптика, Биржевая линия, 14, лит. А, Санкт Петербург, 199034,

Докладът е посветен на обосновката за използване на хладилници, работещи върху цикъла на въздушната хладилна машина, за криостатиране на нискотемпературно пространство на криотерапевтични комплекси. Ниската енергийна ефективност на криотерапевтичните комплекси ограничава широкото му практическо приложение. Причината за тази енергийна ефективност е, че течният азот с точка на кипене 78 K се използва за отвеждане на топлина на ниво 120 - 140 К. Замяната на азотна охладителна система от турбохладителя с работна температура 140 K намалява консумацията на енергия до един процедурен цикъл от 23 до 5,85 mJ.

Партньорска проверка под отговорността на Омския държавен технически университет

Ключови думи: турбо-хладилник; криотерапия; топлинно натоварване; криостатиращ; течност; криоген.

* Автора за кореспонденция. Тел .: +7 (911) 915-64-40. Имейл адрес: [email protected]

Партньорска проверка под отговорността на Омския държавен технически университет

пациенти, изчисленият хладилен капацитет на системите за криостатиращи комплекси на ниво температура не е над 140 K и трябва да бъде 40-65 kW. За определено ниво на температура за елиминиране на това топлинно натоварване е необходим хладилен агрегат с мощност на задвижване 160-250 kW. Строго изискване за енергийна наличност на охладителната система на криотерапевтичния комплекс беше причината за заместващи компресорни хладилници азотни квазицикли.

2. Предмет на обучение

Таблица 1. Спецификации на многопоставени криотерапевтични комплекси.

Спецификации «KR-2005N» «Zimmer» «Сryospacecabm»

Производител «CREATOR», Полша «ZimmerMedizinSysteme», Германия «LindeGroup», Германия

Капацитет на кабината, хора 6 5 5

Температура на газта в кабината, K 140 160 160

Температура на газта в ключалката, K 210 210 210

Продължителност на процедурата, мин. 3 3 3

Броят на процедурните цикли, час-1 15 4 4

Задвижващата мощност на хладилника, kW 7 18 20

Дебит на азот, kg/h 100 - -

измерванията на основната кабина, m 2,5x2,5x2,5 2 ^ 2 ^ 2,0 2 ^ 2 ^ 2,0

Данните от таблица 1 ни позволяват да оставим представа за наличието на енергия на множество криотерапевтични комплекси. Агрегатите с компресионни хладилници "Zimmer" и "Cryospacecabin" имат очевиден дефицит на мощност, тъй като работата с големи прекъсвания между процедурите и за един час осигуряват само 4 сесии на криотерапия. Полският комплекс "KR-2005N" използва за криостатиране не само азотна система с поток от криогент 100 kg/h, но и хладилен блок с мощност на задвижване 7 kW, който позволява да се провеждат сесии за криотерапия без почивки. Въпреки това дебитът на азота, посочен от производителите, ни позволява да отнемем при температурно ниво 140 К. А за криотерапевтичното въздействие върху група от 6 души трябва да вземем топлинния поток с мощност не по-малка от 48 kW.

Таблица 2. Спецификации на единични криотерапевтични комплекси.

Спецификация Em Cryo басейн «KAEKT-01« CRION »Криокабин« CRIOMED-20/150-01 »Криокабин« ICEQUEEN »

Температура на газта в кабината K от 120 до 140 от 100 до 270 от 100 до 270

Експозиция на OKV мин. 3 3 3

Броят на процедурните цикли час-1 15 15 15

Общата мощност на колекторите kW 1,5 1,5 1,5

Консумацията на криогент кг/мин 1,5 1 1

Вътрешният интериор на кабината m3 0,45 1,0 1,0

Наличната мощност на работник от единични комплекси е значително по-висока. Консумацията на азот от 1 до 1,5 кг/мин ни позволи да изтеглим 140K от топлинния товар от 4,3 до 6,5 kW. Като се има предвид високата ефективност на конструкцията на единична кабина, такива разходи на криогена осигуряват ефективно криотерапевтично въздействие.

3. Материали и методи

В експеримента се използва математическият модел на криотерапевтичната система, състоящ се от термична защита, обект на охлаждане и въздух, запълващ свободно пространство на кабина [1]. Чрез моделиране на работата на криотерапевтичния комплекс с ATRM, процесите, протичащи в компресора 1 и разширителя 5 не са изследвани. Промяна на енталпията на въздуха в процеса на компресиране и разширяване, както и енергийните разходи в задвижването на хладилника, изчислени, като се вземат предвид предварително зададените стойности на изотермична ефективност на компресора и адиабатна ефективност на детандера. Процесите на топлообменника 4 са описани чрез математически модел, изграден въз основа на численото решение на енергийното уравнение за повърхността на топлопредаващия елемент [1]. Изотермичната ефективност е равна на 0,5, адиабатичната ефективност на разширителя е 0,8 [2].

Моделирането на криотерапевтичния комплекс с турбо-хладилна система за криостатация показа, че консумацията на електроенергия за един процедурен цикъл може да бъде намалена до ниво от 5.85 MJ. При налягане на въздуха след ограничител от 0,2 МРа, системата за криостазиране за 35 секунди осигурява изход на процедурна кабина до температурното ниво 150 К, което отговаря на изискванията за безопасност на пациента [1]. Повишаването на енергийната ефективност на криостатиращата система и премахването на проблеми с логистиката на течния криоагент значително ще повиши рентабилността на експлоатацията на единичен CTC.

Интегрирането на криотерапевтични агрегати с турбо-хладилни системи за криостатиране, ограничено от липсата на серийни турбо-хладилни агрегати с въздушен поток от 0,25 kg/s и охлаждащ капацитет не по-малко от 10 kW при температурно ниво от 140 К. задвижващата мощност на хладилника трябва да бъде най-малко 30 kW, за да покрие производството на топлина в зоната на криотерапевтично въздействие. Инсталираната мощност на CTC с азотно охлаждане е не повече от 1,0 kW. За много организации стриктните изисквания за захранване на колектора могат да играят ограничаваща роля. Изхождайки от цената на серийния високотемпературен хладилен агент, възможно е да се очаква, че цената на системата за криостазиране от този тип значително ще надвиши цената на криотерапевтичните комплекси с азотно охлаждане. 1,0 kW. Въпреки всички тези проблеми, изследванията, насочени към създаването на такива хладилни системи, са актуални, тъй като решават проблема с осигуряването на големи лечебни заведения с криотерапевтично оборудване.

[1] А. Ю. Баранов, Т. А. Малишева, В. А. Баранов, Основи на енергийната ефективност на криотерапевтичното оборудване, Физиотерапия, балнеология и

рехабилитация, No2, 2005, стр. 29-31. (на руски)

[2] А. М. Архаров, И. В. Марфенина, Е. И. Микулин, Теория и изчисление на криогенни системи, Машиностроене, 1978, 435 с. (на руски)

[3] В. М. Бродянски, А. М. Семенов, Термодинамични основи на криогенното инженерство, Енергия, 1980, 448 с. (на руски)