Whole-body cryotherapy chamber refrigerated by liquid nitrogen and cascade compressor

摘要

Tässä diplomityössä tutkittiin Oy Cryon Ltd:n patenttihakemuksen kohteena olevaa kokovartalon huippukylmähoitohuoneen toteutustapaa. Kokovartalon huippukylmähoidolla tarkoitetaan hoitomuotoa, jossa ihminen altistetaan vähissä vaatteissa 1-4 minuutiksi 100 °C tai tätä kylmemmälle ilmalle. Tarkastelussa olevan huippukylmähoitoyksikön jäähdytys toteutetaan perinteisen kaskadikompressorijäähdytyksen ja nestetypen yhdistelmällä. Poikkeuksena muihin huippukylmähoitoihin työn aiheena olevassa järjestelmässä on se, että tilaan tuotetaan tarkoituksella mikrokiteistä jäätä, joka mahdollistaa hoitohuoneen sisäilman hengittämisen ilman kasvosuojainta. Sisäilman suora hengittäminen tehostaa merkittävästi kylmähoidon myönteisiä vaikutuksia.Työn tärkeimpänä tutkimuskohteena oli kylmähoitoyksikössä syntyvien lämpökuormien, ja näiden pohjalta nestetypen kulutuksen, mahdollisimman tarkka määrittäminen. Koska kylmähoitoyksikköä ei pidetä kylmänä jatkuvasti kuten esimerkiksi pakkasvarastoja, laskenta painottui epästationääriin lämmönsiirtoon. Laskennan epästationääri osuus suoritettiin differenssimenetelmällä. Laskennassa selvitettiin eristerakenteesta tuleva lämpökuorma ja asiakkaiden muodostama lämpökuorma. Työn merkittävimpinä tuloksina selvisi, että jaksottaisessa jäähdytyksessä suurin lämpökuorma muodostuu jäähdytyksen alkupuolella. Alkuvaiheen jäähdytysteho kuluu erityisesti eristerakenteen jäähdyttämiseen. Lämpökuorma on suurimmillaan, kun tilassa saavutetaan tavoitelämpötila. Tämän jälkeen eristerakenteen lämpötilajakauma alkaa hakeutua sille ominaiseen tasapainotilaan lämpökuorman samalla pienentyessä. Huippukylmähoitotilan tapauksessa tasapainotila saavutetaan noin neljässä tunnissa. Nestetyppi on tarkastellussa järjestelmässä asiakasmäärää rajoittava resurssi. Nestetypen kulutusta voidaan kuitenkin pienentää pitämällä hoitoyksikön ilmaa kylmänä kaskadikompressorijärjestelmällä ennen nestetyppijäähdytyksen aloittamista.