Где достать холодный пар для криосауны

Итак, чтобы заполнить бассейн для локализированного криовоздействия надо произвести 1 - 1.2 килограмма азотного пара. Как и где взять этот пар? Учитывая то, что большинству людей с азотом в виде пара встречаться не приходилось, несколько слов о свойствах жидкого азота и температуре его кипения. Жидкий азот получают при конденсации азота газообразного, который составляет около 80% атмосферы земли. Чтобы газообразный азот "захотел" сконденсироваться, необходимо лишить его запаса теплоты (охладить). Ранее, обсуждались условия, при которых теплота перетекает от одних тел и веществ, к другим. Основным из них является перепад температуры между источником и приемником теплоты, причём последний должен быть холоднее первого. Сам процесс превращения газа в жидкость идёт в два этапа: сначала газ, в нашем случае азот, охлаждаясь, превращается в насыщенный пар, а затем насыщенный пар, конденсируясь, становиться жидкостью.

Каждый из нас на практике знаком с процессом превращения жидкости в газ и газа в жидкость. Наиболее удачным примером русская парная и сауна. В русской бане мы паримся при температуре 100-110 градусов, в сауне 130-150 градусов. Соответственно в первом случае вода, заполняющая парную, является паром насыщенным, во втором паром перегретым или газом.

Основное отличие пара от газа заключается в том, что на попытку охладить его пар реагирует частичным превращением в жидкость, при этом температура пара не меняется. Газ же охлаждается до тех пор, пока не превратиться в пар. В любом случае и в сауне и в русской бане пар без жидкости (воды) не получить.

Возвращаясь к фазам превращения азота, надо отметить, что его кипение и конденсация происходят при температуре -196оС. Жидкий азот невероятно холодная среда, в которой, привычные материалы проявляют неожиданные свойства. Резина становиться хрупкой, как стекло, а свинцовый колокольчик звенит чистым звуком.

Оставляя в стороне способы превращения газообразного азота в жидкость, следует сказать, что эта работа требует большого расхода энергии и сложной аппаратуры.

Затраты электроэнергии на производство 1 килограмма жидкого азота достигают 1.5 кВт час, а стоимость азота в Санкт-Петербурге составляет 0.3 доллара за килограмм. При этом сбывается поговорка: "За морем телушка - полушка, да рубль перевоз ". Жидкий азот из крана не потечёт, производят его, как правило, на крупных предприятиях и для доставки в медицинские учреждения необходимо иметь специальные ёмкости (сосуды Дюара) или специальный транспорт.

Несмотря на то, что схема сосуда сравнительно проста - это привычный бытовой термос, но больших размеров и выполненный из нержавеющей стали, цена на сосуды очень высока. Например, 30 литровый сосуд стоит порядка 500 долларов.

Учитывая все соответствующие производству, доставке и хранению жидкого азота расходы, себестоимость его в медицинском учреждении возрастает до 0.8 - 1.0 доллара за килограмм. Поэтому снижение расхода жидкого азота на заполнение бассейна низкотемпературным теплоносителем, важнейшая задача проектировщиков и эксплуатационников.

Зная сколько нужно газа теплоносителя и из чего его можно получить, можно рассмотреть следующий вопрос: "Каким образом получить достаточное количество теплоносителя?".

Если криовоздействие локализованное, то в качестве газа - теплоносителя можно применять пары азота. Но как превратить жидкость в пар? Ответ на первый взгляд очевиден - нагреть жидкость. Но на деле всё сложнее. Сразу возникает вопрос: чем нагреть? Например, использовать бытовой кипятильник нельзя. Сразу после включения он окутается паровой оболочкой и начнёт нагреваться, в плоть, до красного каления, а затем перегорит. Дело в том, что чем ниже температура кипения жидкости, тем меньше её свойства похожи на свойства обычной воды. Описанный выше эффект разогрева до красна электронагревателя можно наблюдать и в воде, но для этого надо резко увеличить его мощность. Смелый естествоиспытатель сможет подключить бытовой кипятильник к сети с напряжением в 1000 Вольт и будет награждён (при благоприятном течении событий) зрелищем раскаляющегося в воде нагревательного элемента.

Налицо нарушение хорошо знакомого нам, процесса кипения жидкости. Если поверхность нагревателя горячее воды на 40 градусов, поток пара от неё возрастает настолько, что жидкость не успевает возвращаться на место испарившейся. Наступает кризис кипения, после которого отвод теплоты от поверхности резко снижается, а её температура стремительно нарастает. Для жидкого азота кризис кипения наступает уже при перегреве поверхности в 16 градусов. Плохо и то, что пар, полученный в режиме за критического температурного, пленочного кипения, гораздо горячее жидкости и малопригоден для использования в терапевтических целях.

Можно рассчитать и изготовить специальные кипятильники пригодные для работы в жидком азоте, но это только пол дела.

Эти "азотные" кипятильники должны обладать большой мощностью. Так для заполнения одноместной камеры локализованного криовоздействия парами азота и поддержания в ней температуры около -140оС, ее необходимо снабдить "кипятильником" с мощностью 15 кВт. Для кабинета физиотерапии это гигантское значение, питание и управление столь мощными электроприборами создает дополнительные трудности. Но, не смотря на это, метод прямого испарения жидкого азота часто используется западными разработчиками.

С теплотехнической точки зрения этот метод просто преступление, сначала потратить 1.5 кВт час на получение 1 кг жидкого азота, а затем тратить электроэнергию на испарение. Это в то время когда нужную для образования пара теплоту азот сам готов отнять у кого угодно. Вспомним - холод это тепловая бедность. По сравнению со средним уровнем обладания теплотой в окружающей среде жидкий азот беспросветный бедняк. Надо только дать ему доступ к чужим запасам теплоты.

Дата добавления: 2015-10-16