A krioterápiás egységek hűtésére szolgáló turbó-hűtőszekrények Akadémiai kutatási cikk az "Anyagtervezésről"

Az anyagmérnöki kutatási cikk kivonata, tudományos cikk szerzője - A.Y. Baranov, T.A. Malysheva

Absztrakt A cikk a hűtőgépek és a hűtőgép-ciklus munkájának, a krioterápiás komplexek alacsony hőmérsékletű terének kriosztálásához való felhasználásának ésszerűségével foglalkozik. A krioterápiás komplexek alacsony energiahatékonysága korlátozza széleskörű gyakorlati alkalmazását. Ennek az energiahatékonyságnak az az oka, hogy a 78–14 K forráspontú folyékony nitrogént 120–140 K hőelvezetésre használják. A nitrogén hűtőrendszer 140 K működési hőmérsékletű turbohűtővel történő cseréje csökkenti az energiafogyasztást. egy eljárási ciklus 23 és 5,85 mJ között.

Az anyagmérnöki tudományos cikk hasonló témái, tudományos cikk szerzője - A.Y. Baranov, T.A. Malysheva

Akadémiai kutatási cikk a "Turbó-hűtőszekrények használatáról a krioterápiás egységek hűtésére" témában

Elérhető online a www.sciencedirect.com címen

ELSEVIER Procedia Engineering 152 (2016) 169 -172;

Nemzetközi olaj- és gázmérnöki konferencia, OGE 2016

A krioterápiás egységek hűtésére szolgáló turbohűtők

Baranov A.Y. a, Malysheva T.A. a *

a Szentpétervári Informatikai, Mechanikai és Optikai Tudományos Egyetem, Birzhevaya liniya, 14, lit. A, Szentpétervár, 199034,

A tanulmány a hűtőgépek és a hűtőgép-ciklusok munkájának ésszerűségének ésszerűségét szenteli a krioterápiás komplexek alacsony hőmérsékletű terének kriosztálására. A krioterápiás komplexek alacsony energiahatékonysága korlátozza széleskörű gyakorlati alkalmazását. Ennek az energiahatékonyságnak az az oka, hogy a 78–14 K forráspontú folyékony nitrogént 120–140 K hőmérsékletű hőelvezetésre használják. A nitrogén hűtőrendszer 140 K működési hőmérsékletű turbó-hűtőszekrénnyel történő cseréje csökkenti az energiafogyasztást. egy eljárási ciklus 23 és 5,85 mJ között.

Szakértői értékelés az Omszki Állami Műszaki Egyetem felelősségi körében

Kulcsszavak: turbó-hűtőszekrény; krioterápia; hőterhelés; kriosztálás; folyadék; kriogén.

* Levelezési cím. Tel .: +7 (911) 915-64-40. E-mail cím: [email protected]

Szakértői értékelés az Omszki Állami Műszaki Egyetem felelősségi körében

betegeknél a kriosztatáló komplex rendszerek számított hűtőkapacitása hőmérsékleti szinten nem haladja meg a 140 K-t, és 40-65 kW-nak kell lennie. Egy meghatározott hőmérsékleti szint eléréséhez a hőterhelés kiküszöbölése érdekében hűtőegységre van szükség 160–250 kW meghajtóteljesítmény mellett. A krioterápiás komplexum hűtőrendszerének energiaellátásának szigorú követelménye volt az oka a pótkompresszoros hűtők nitrogén-kvázikerekeknek.

2. Tananyag

1. táblázat: Többszörös krioterápiás komplexek specifikációi.

Műszaki adatok «KR-2005N» «Zimmer» «Сryospacecabm»

Gyártó «CREATOR», Lengyelország «ZimmerMedizinSysteme», Németország «LindeGroup», Németország

Kabin kapacitás, emberek 6 5 5

Gázhőmérséklet a kabinban, K 140 160 160

Gáz hőmérséklete a zárban, K 210 210 210

Az eljárás időtartama, min 3 3 3

Az eljárási ciklusok száma, óra-1 15 4 4

A hűtőszekrény hajtási teljesítménye, kW 7 18 20

Nitrogén áramlási sebessége, kg/h 100 - -

a fő kabin méretei, m 2,5x2,5x2,5 2 ^ 2 ^ 2,0 2 ^ 2 ^ 2,0

Az 1. táblázat adatai lehetővé teszik számunkra, hogy ötletet adjunk több krioterápiás komplex energiaellátásáról. A "Zimmer" és a "Cryospacecabin" kompressziós hűtőszekrénnyel rendelkező egységeknél nyilvánvaló energiahiány jelentkezik, mivel az eljárások közötti nagy szünetekkel és egy órán át végzett munkával csak 4 krioterápiás kezelés folyik. A lengyel "KR-2005N" komplex nem csak a 100 kg/h kriogent áramlású nitrogénrendszert, hanem a 7 kW meghajtóteljesítményű hűtőszekrényt is alkalmazza, amely lehetővé teszi a krioterápiás szünetek megtartását. A gyártók által megadott nitrogén áramlási sebesség azonban lehetővé teszi számunkra, hogy 140 K hőmérsékleti hőmérsékleten elvegyük. És a 6 fős csoport krioterápiás hatásához legalább 48 kW teljesítményű hőáramot kell felvennünk.

2. táblázat: Egyetlen krioterápiás komplexek specifikációi.

Leírás Em Cryo pool «KAEKT-01« CRION »Kriokabin« CRIOMED-20/150-01 »Kriokabin« ICEQUEEN »

A K kabinban a gáz hőmérséklete 120-140, 100-270, 100-270

OKV kiállítás min 3 3 3

Az eljárási ciklusok száma 1 óra 15 15 15

A kollektorok teljes teljesítménye kW 1,5 1,5 1,5

Kriogentfogyasztás kg/perc 1,5 1 1

A kabin belső belseje m3 0,45 1,0 1,0

Az egyes komplexusok munkavállalónként rendelkezésre álló teljesítménye lényegesen nagyobb. Az 1–1,5 kg/perc nitrogénfogyasztás lehetővé tette, hogy a hőterhelés 140K-ját 4,3-ról 6,5 kW-ra vonjuk le. Figyelembe véve az egyetlen kabin kialakításának magas hatékonyságát, a kriogén ilyen költségei hatékony krioterápiás hatást biztosítanak.

3. Anyagok és módszerek

A kísérletben a krioterápiás rendszer matematikai modelljét alkalmazzuk, amely hővédelemből, hűtési tárgyból és egy kabin légteret betöltő szabad teréből áll [1]. A krioterápiás komplex működésének ATRM-mel történő modellezésével az 1 kompresszorban és az 5 expanderben előforduló folyamatokat nem vizsgálták. A levegő entalpiájának változása a kompresszió és a tágulás során, valamint az energiaköltség a hűtőgép-hajtásban, figyelembe véve a kompresszor izoterm hatékonyságának és a detander adiabatikus hatásfokának előre beállított értékeit. A 4 hőcserélő folyamatait matematikai modell írta le, amelyet a hőátadó elem felületének energiaegyenletének numerikus megoldása alapján készítettünk [1]. Az izoterm hatékonyság egyenlő 0,5, a bővítő adiabatikus hatékonysága 0,8 [2].

A krioterápiás komplex modellezése turbó-hűtő rendszerű kriosztátozással kimutatta, hogy egy eljárási ciklushoz tartozó villamosenergia-fogyasztás 5,85 MJ szintre csökkenthető. A légnyomáson egy 0,2 MPa-os leválasztó után a 35 másodpercig tartó kriosztázás rendszere biztosítja az eljárási kabin kilépését a 150 K hőmérsékleti szintre, amely megfelel a betegbiztonság követelményeinek [1]. A kriosztatáló rendszer energiahatékonyságának növelése és a folyékony krioagent logisztikai problémáinak kiküszöbölése jelentősen megnöveli az egyetlen CTC működésének nyereségességét.

A krioterápiás egységek integrálása a kriosztátos turbó-hűtőrendszerekkel, amelyet egy soros turbó-hűtő egység hiánya korlátoz, 0,25 kg/s légáramlással és legalább 10 kW hűtőteljesítménnyel 140 K hőmérsékleti szinten. A hűtőgép hajtási teljesítményének legalább 30 kW-nak kell lennie, hogy fedezze a hőtermelést a krioterápiás hatások területén. A CTC beépített teljesítménye nitrogén hűtéssel nem haladja meg az 1,0 kW-ot. Sok szervezet számára a gyűjtők szigorú teljesítményigénye visszatartó szerepet játszhat. A soros magas hőmérsékletű hűtőközeg költségéből kiindulva számíthatunk arra, hogy az ilyen típusú kriosztázási rendszer költségei jelentősen meghaladják a nitrogénhűtéses krioterápiás komplexek költségeit. 1,0 kW. Mindezen problémák ellenére az ilyen hűtőrendszerek létrehozására irányuló kutatások ténylegesek, és megoldják azt a problémát, hogy a nagy orvosi intézményeket ellátják krioterápiás berendezéssel.

[1] A. Yu. Baranov, T. A. Malysheva, V. A. Baranov, A krioterápiás berendezések energiahatékonyságának alapjai, Fizioterápia, balneológia és

rehabilitáció, 2005. 2. sz., 29–31. (oroszul)

[2] A. M. Arkharov, I. V. Marfenina, E. I. Mikulin, A kriogén rendszerek elmélete és számítása, Gépgyártás, 1978, 435 p. (oroszul)

[3] V. M. Brodyansky, A. M. Semenov, A kriogén tervezés termodinamikai alapjai, Energia, 1980, 448 p. (oroszul)