автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка и исследование двухконтурной каскадной установки с вихревой трубой для охлаждения биоматериалов при температуре -70 С

На правах рукописи

Лукьянов Павел Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХКОНТУРНОЙ КАСКАДНОЙ УСТАНОВКИ С ВИХРЕВОЙ ТРУБОЙ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ -70 °С

Специальность 05.04.03. Машины, аппараты и процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2004

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Архаров И. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чижиков Ю.В.

кандидат технических наук Савельев Е.Г.

Ведущее предприятие:

Холдинг «Холодмаш»

Защита диссертации состоится » 2004 г.

в /? час. ин. на заседании диссертационного совета Д.212.141.16 при Московском государственном техническом университета им. Н.Э. Баумана по адресу: 107005, Москва, Лефортовская набережная, д.1., корпус факультета «Энергомашиностроение»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана

Автореферат разослан « 2-j » 2004 г.

Желающие присутствовать на защите должны заблаговременно известить Совет письмами заинтересованных организаций на имя председателя Совета.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д.212.141.16 кандидат технических наук ^.¿/ Глухов С.Д.

9д*-ч 21ЪПЯ

чьъь

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ_ТЕМЫ Длительное сохранение

жизнеспособности биоматериалов (органов, тканей, крови, спермы и т.д.) в настоящее время возможно только при низких температурах. В больших хранилищах биоматериалов применяется жидкоазотное оборудование. При таком решении обеспечивается стабильный уровень температур хранения биоматериалов, а материальные затраты на обслуживание таких установок связаны только с необходимостью регулярного пополнения запасов жидкого азота. В случае небольших хранилищ использование азотного оборудования становится менее выгодным. В основном это связано с тем, что при потребности в замораживании и хранении небольших количеств биоматериала, используемые азотные установки имеют небольшие размеры (сосуды Дьюара 2-80 литров) и для пополнения уровня азота требуется дополнительная установка большого хранилища азота (5-10м3) или регулярное приобретение небольших объёмов жидкого азота у его производителей. В районах, удалённых от воздухоразделительных заводов, проблема обеспечения жидким азотом становится наиболее острой. Для решения задачи хранения биоматериалов в местах, удалённых от производителей азота, а также в небольших лабораториях, медицинских учреждениях, применяются автономные электрорефрижераторы. В основном, это установки, работающие по смесевому циклу Клименко или двух-трёх каскадные фреоновые установки. Однако, установки, работающие по циклу Клименко, имеют в своём составе полугерметичный компрессор, что приводит к появлению утечек рабочей смеси и потребности в периодической её перезаправке сервисной организацией. В состав каскадных установок входит два-три компрессора, что снижает надёжность этих систем. При этом оба типа фреоновых установок имеют высокую удельную стоимость на единицу хранения биоматериала и низкую термодинамическую эффективность.

Актуальность создания новой компактной, автономной, менее дорогой установки охлаждения для небольших хранилищ биоматериалов определяется перечисленными недостатками существующих фреоновых и азотных систем. Основными требованиями, предъявляемыми к разрабатываемой установке хранения биоматериалов, являются простота в обслуживании, надёжность, компактность, невысокая стоимость и большой ресурс работы. Газодинамические аппараты, работающие по разомкнутому воздушному циклу наиболее полно отвечают этим требованиям, при этом обеспечивая требуемые скорости охлаждения и равномерное поле температур охлаждаемого биоматериала.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ Разработка и исследование двухконтурной каскадной системы с вихревой трубой для охлаждения и хранения

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

• Аналитическая оценка возможности разработки рефрижератора для систем криоконсервирования с вихревой трубой Ранка-Хилша.

• Анализ возможных схем рефрижераторов с вихревой трубой для систем криоконсервирования

• Исследование теоретических и экспериментальных термодинамических характеристик малоразмерной вихревой трубы в диапазоне температур входяще1 о потока +30...-40°С.

• Исследование зависимости эффективности теоретического (расчётного) и действительного (экспериментального) циклов холодильной системы от режима работы вихревой трубы.

• Разработка и изготовление прототипа двухконтурной каскадной установки, включающей серийно выпускаемые герметичный фреоновый и безмасляный воздушный компрессоры, а также серийно выпускаемую вихревую трубу.

• Экспериментальные исследования работы прототипа двухконтурной каскадной холодильной установки.

• • Экспериментальная оценка возможности использования

экспериментальной установки для систем хранения биоматериалов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

• Предложена новая область применения вихревых труб

• Разработана новая схема холодильной установки с вихревой трубой низкого давления (до 1МПа)

• Аналитически и экспериментально получены новые термодинамические характеристики малоразмерной вихревой трубы в диапазоне температур на входе +30°С .. .-40°С

• Установлена независимость температурной эффективности вихревой трубы от уровня температур сжатого воздуха

• Получены экспериментальные зависимости

• холодопроизводительности, холодильного коэффициента усхановки от режимов работы вихревой трубы (температурный уровень, доля холодного потока)

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ

• Создана экспериментальная двухконтурная каскадная система охлаждения с вихревой трубы и получены ее термодинамические характеристики

• Экспериментально определён диапазон работы вихревой трубы, обеспечивающий требуемую холодопроизводительность на заданном температурном уровне

• Предложена методика разработки систем хранения биоматериалов на базе промышленно выпускаемого оборудования

РАЗРАБ01АНЫ РЕКОМЕНДАЦИИ

• По определению режимов работы вихревой трубы, обеспечивающих требуемую холодопроизводительность процессов охлаждения и хранения биоматериалов.

• По разработке промышленных установок охлаждения и хранения биоматериалов с температурой термостатирования -70°С.

РЕКОМЕНДАЦИИ К ВНЕДРЕНИЮ

• Экспериментальная, опытная холодильная установка рекомендована к внедрению в процесс криоконсервирования биологических материалов в Городском научно-ме! одическом центре по диагностике и профилактике болезней человека и животных г. Москвы.

'• Созданный экспериментальный стенд задействован в учебном процессе кафедры Э-4 МГТУ им. Н.Э.Баумана для изучения термодинамических характеристик вихревых труб.

ДОСТОВЕРНОСТЬ И ОБОСНОВАННОСТЬ полученных данных обеспечивалась применением аттестованных измерительных средств и апробированных методик измерения, хорошей повторяемостью полученных результатов измерений параметров холодильной установки.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ

• результаты аналитических и экспериментальных исследований, подтвержающие возможность создания охладителей биологических материалов на основе серийно выпускаемых герметичного фреонового , компрессора, безмасляного воздушного компрессора и вихревой трубы, работающей при давлении до 1 МПа.

• методика построения теоретических характеристик вихревой трубы в неисследованном диапазоне температур при её известных характеристиках в области положительных температур.

• рекомендации по разработке систем охлаждения биоматериалов на базе серийно выпускаемых вихревых труб и серийно выпускаемого компрессорного оборудования

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях:

• международной конференции «Cryogenics 2002», Прага, 2002.

• 21 Международный конгресс по холоду, Вашингтон, 2003

• международной конференции «Cryogenics 2004», Прага, 2004.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА заключается в проведении теоретических и экспериментальных исследований, в разработке и исследовании опытной модели новой установки охлаждения биоматериалов.

ПУБЛИКАЦИИ По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 101 наименования и содержит 136 стр. основного текста, 32 рис., 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ

Рассмотрены проблемы существующих холодильных установок для небольших систем хранения биоматериалов. Сформулированы цель и задачи исследования. Обоснована актуальность работы, показана её научная и практическая значимость. Кратко изложены основные результаты, полученные автором.

1 СО ВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ И СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Проанализированы существующие методы криоконсервирования биологических материалов, выявлена специфика используемых систем криоконсервирования. Определены основные технические требования к холодильным установкам для систем криоконсервирования. Проведён сравнительный анализ технических показателей и эксплуатационных характеристик существующих зарубежных и отечественных холодильных установок криоконсервирования. Выявлена неэкономичность использования установок, работающих на жидком азоте, в случае потребности хранения малых количеств биоматериала. Определены преимущества и недостатки существующих фреоновых (каскадных и с'мессвых) установок Отмечена необходимость периодического техобслуживания смесевых установок, связанная с утечками хладагента. Отмечена низкая термодинамическая эффективность существующих фреоновых установок и их высокая стоимость.

Предложено использование разомкнутого воздушного цикла для систем криоконсервирования. Указано, что обдув биоматериалов потоком холодного воздуха может обеспечить более равномерное изменение температуры по всему объёму биоматериала и более высокие скорости охлаждения. Сделан вывод о возможности создания системы хранения биоматериалов на основе двухконтурной каскадной установки с замкнутым фреоновым контуром и разомкнутым воздушным контуром с вихревой трубой.

Приведены особенности процесса расширения в вихревой трубе и выделены основные параметры, определяющие эффективность вихревых труб (температурный уровень начала процесса расширения, абсолютный размер вихревой трубы, слепень расширения, влагосодержание сжатого воздуха). Рассмотрено применение вихревых аппаратов в системах охлаждения, термостатирования и в других областях. Сформулированы основные задачи.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ВИХРЕВЫХ ТРУБ В СИСТЕМАХ ОХЛАЖДЕНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ

Выбор схемы установки

Рассмотрены особенности и преимущества охлаждения биоматериалов в потоке воздуха. Приведено обоснование целесообразности применения двухконтурной каскадной холодильной установки с вихревой трубой. Первый контур установки - фреоновый с герметичным компрессором, второй контур - разомкнутый воздушный с безмасляным компрессором и вихревой трубой Общая схема установки приведена на рис.1. Предложенная установка теоретически позволит получить на входе в вихревую трубу любую температуру из диапазона +20..~40°С. При этом температура холодного потока будет составлять -20..-70°С.

Теоретическое исследование работы вихревой трубы в области температур ниже температуры окружающей среды

Проанализировано влияние геометрических размеров, конфигурации и конструктивных особенностей соплового аппарата на газодинамическую стабильность работы вихревой трубы при низких температурах. Сделано предположение о стабильности работы вихревой трубы в диапазоне температур на входе +20... —40°С при неизменной геометрии соплового аппарата. Проведено теоретическое исследование влияния степени расширения и влагосодержания на эффективность процесса вихревого разделения. Сделаны выводы о необходимости создания максимально возможной степени расширения и о необходимости подавать на вход в трубу воздух с точкой росы не выше -70°С.

Для оценки влияния температуры сжатого воздуха на эффективность процесса расширения в трубе использовалось сделанное ранее некоторыми авторами заключение о независимости температурной эффективности вихревой трубы от начальной температуры расширения:

т]т = АТХ / ATS - idem\TT* (1)

где г|т - температурная эффективность

АТХ — (Т|—Тх) - перепад температур на холодном конце вихревой

трубы

Т| - температура сжатого воздуха на входе в вихревую трубу Тх - температура холодного потока на выходе из вихревой трубы Toc ~ температура окружающей среды

ATS перепад температур при изоэнтропном расширении воздуха из точки с температурой Т, и давлением pi до давления холодного потока Рх- Величина изоэнтропного перепада определяется по формуле Пуассона:

A TS=T{

(

1 -е *

v у

где к - показатель адиабаты, е - степень расширения

(2)

Уравнение (1) справедливо в области состояний газа, описываемых уравнением Клайперона-Менделеева. График зависимости температурной эффективности вихревой трубы от доли холодного потока представлен на рис.2 Этот график был получен в результате пересчёта номинальной характеристики вихревой трубы ДТх(ц)- Поминальная характеристика данной вихревой трубы гарантируется фирмой-изготовителем при использования сжатою воздуха с температурой +20..+30°С. Нашей дальнейшей задачей было прогнозирование характеристик вихревой трубы в неисследованной области температур сжатого воздуха +20..-40°С.

Методика прогнозирования параметров вихревых труб в области низких температур на основании интерполяции опытных данных

Разработанная методика расчёта позволяет выбирать режимы работы вихревой трубы Ранка-Хилша, при работе на которых холодильная установка сможет обеспечивать требуемый скоростной режим охлаждения и температурный уровень хранения.

Для нового значения температуры Т[ определяется соответствующее значение изоэнтропного перепада АТ$(Т\) по формуле (2). Определяется перепад температуры холодного потока при новом значении температуры Т] -

ATx(M,T]) = Vt(M)-ATs(T1) (3)

Определяется температура на холодном конце вихревой трубы:

7>(^)Г|) = Г1-А7>(^Г,) (4)

Таким образом мы можем заранее определить значение хемпературы Ть при котором температура холодного потока Тх достигнет требуемого в системах хранения биоматериалов значения -70..-80°С. Сравнения теоретических кривых Tx(|J.,Ti) с результатами последующих экспериментальных исследований представлены на рис.3 (для температур сжатого воздуха -30°С и -40°С).

Методика расчета холодопроизводительности каскадов

Задаётся требуемый уровень температуры охлаждения. Определяется потребная холодопроизводительность:

Qx=Cp-mV0xn (5)

где m - масса биоматериала, кг

СР - теплоёмкость биоматериала, кДж/кг*К

Vqxji - требуемая скорость охлаждения биоматериалов, К/с

Для каждого значения температуры Ti строится график Tx(n,Ti) и график зависимости полезной холодопроизводительность установки:

Qycii G, СрВ (ТСР-Тх) (6)

т + т

где ïCF - ос—- средняя температура холодного потока на

выходе из термокамеры

Gi - расход сжатого воздуха, кг/с

Срв - изобарная теплоёмкость воздуха, кДж/кг*К

Выполнение условия Qyci>Qx в некоторой области значений и означает возможность обеспечения требуемой холодопроизводительности на данном температурном уровне при данной доле холодного потока ц.

Определяется потребная холодопроизводительность Qo, распределяющаяся между двумя температурами кипения фреона:

Qo = Qi +(?2 - Gi срв (тос ~Tnp)+Gi СрВ (Тпр-Тх) (7)

где ТПр - температура кипения фреона при промежуточном давлении в теплообменнике TOI (см. рис.1).

Выбор фреонового компрессора из существующего типоразмерного ряда ведётся по известной номинальной характеристике компрессора Q(To)

7

(зависимость холодопроизводительности данного компрессора от температурного уровня кипения фреона) Из типоразмерного ряда фреоновых компрессоров выбирается такая машина, для которой справедливо неравенство СКТпр)>(2ь так как это означает избыток холодопроизводительности на уровне ТПр, а, следовательно, указывает на возможность отбора части фреона для подачи в испаритель Т02 с температурой кипения Тх Определяется величина относительной доли «избыточного» фреона на уровне температур Тир по формуле

Сравнивается величина у*0(Тх) с величиной потребной холодопроизводительности на нижнем уровне кипения СЬ- Подбор компрессора продолжается до тех пор, пока величина у*<3(Тх) не станет больше величины СЬ- Это означает, что и на нижнем температурном уровне кипения фреона может быть обеспечена требуемая холодопроизводительность для охлаждения воздуха от Тпр до Тх. Воздушный компрессор подбирается по максимальному расходу воздуха, требуемому для обеспечения холодопроизводительности <3х, и по требуемой степени сжатия.

Определяются потребляемые мощности фреонового ИФк и воздушного Как компрессоров. Вычисляется теоретический холодильный коэффициент установки для данного режима работы по формуле:

Расчётная холодопроизводительность, определённая по формуле (6) и соответствующая температуре на входе в камеру -70°С при доле «холодного» потока 0.4 составила 65Вт. Значение теоретического холодильного коэффициента, определенного по формуле (9), составило 3.3%. Столь малое значение холодильного коэффициента характерно для установок с вихревыми трубами.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПЫТНОГО ОБРАЗНА ДВУХКАСКАДНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ НА НИЖНЕМ КАСКАДЕ

Описана опытная установка в двух её модификациях: с переключающимися вымораживателями влаги и с адсорберным блоком осушки. Приведены принципиальные схемы обеих установок. Адсорбционный способ осушки позволяет нам обеспечивать

(8)

о уст

(9)

КФК + квк

работоспособность экспериментальной установки, гарантируя осушку воздуха до точки росы -70°С и позволяет получить характеристики вихревой трубы и всей установки при работе на сухом воздухе. Возможность двуступенчатого вымораживания влаги в системе предусмотрено для дальнейшего обоснованного выбора оптимального способа осушки воздуха для прототипа установки охлаждения.

Описаны методы и устройства контроля параметров системы. Описаны все входящие в установку машины, аппараты, запорная арматура, система регулирования. Приведена методика оценки погрешности экспериментальных исследований. Приведена методика проведения эксперимента.

Полученные экспериментальные данные представлены на рис. 4. Результаты экспериментов показали, что, сохранив характер теоретических зависимостей Тх(|х), экспериментальные характеристики сместились в сторону больших значений температуры. Однако, разница между теоретически предсказанными и экспериментально полученными характеристиками не превышает 3-5°С, что составляет 10-15% от теоретической величины, говоря о хорошей сходимости экспериментальных результатов с теоретически предсказанными. Время выхода незагруженной установки на режим составило 40 минут.

Поместив в холодильную камеру образец биоматериала массой 1 кг, обладающий теплоёмкостью 2.7кДж/кг*К, мы определили время и скорость охлаждения. Результаты этих испытаний приведены на рис.5. Время охлаждения составило 65 минут, скорость охлаждения 1.34 К/мин. Холодопроизводительнсоть установки в режиме максимальной температурной эффективности вихревой трубы (то есть минимальной температуры холодного потока) составила 60Вт. Минимальная температура на выходе из холодильной камеры Т|7=-67°С (при температуре холодного потока Т|5=-70°С). Расход воздуха составил 200нл/мин, давление сжатого воздуха - 0.7МПа. Потребляемая мощность установки составила 1800В1. Значение экспериментальною холодильного коэффициента составило 3.0 %.

По результатам экспериментальных исследований был сделан вывод о возможности создания установки хранения биоматериалов на базе двухкаскадной двухконтурной холодильной установки и был сформулирован ряд практических рекомендаций по созданию подобных систем заморозки и хранения биоматериалов:

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ПОЛУЧЕННЫХ

ДАННЫХ ПРИ СОЗДАНИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ УСТАНОВОК

ХРАНЕНИЯ БИОМАТЕРИАЛОВ

• Для повышения эффективности двухконтурной каскадной установки рекомендуется использовать последовательное включение трёх холодильных камер. Это позволит использовать подогретый, но ещё

достаточно холодный поюк, идущий из предыдущей камеры, для охлаждения последующей камеры. При такой компоновке холодильных камер происходит уменьшение суммарного времени захолаживания биоматериалов во всех трёх камерах, так как процесс захолаживания следующей камеры начинается уже при охлаждении предыдущей. Процессы охлаждения взаимно «перекрываются» и суммарное время охлаждения уменьшается Расчеты показали, что последовательное включение камер позволит повысить холодопроизводительность почти в два раза. Сравнение величины холодопроизводительности для экспериментальной установки и установки с тремя холодильными камерами представлено на рис.6.

• Другим способом повышения эффективности установки является включение в систему дополни I ельного рекуперативного теплообменника, позволяющего использовать холод отработанного потока для охлаждения

'сжатого воздуха. В экспериментальной установке такой теплообменник не использовался для упрощения конструкции и для исключения возможности вымерзания влаги, выносимой из холодильной камеры. При встраивании рекуперативного теплообменника в установку необходимо предусмотреть дополнительную систему клапанов. Эта система должна направлять отработанный воздух в рекуперативный теплообменник при закрытой дверце холодильной камеры, а в случае открывания дверцы -направлять воздух в окружающую среду для предотвращения вымерзания влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, проникающем в камеру.

• Для увеличения скорости охлаждения биоматериала можно рекомендовать регулировать положение дросселя на горячем конце вихревой трубы для повышения доли холодного потока и для работы ,трубы в режиме максимальной холодопроизводительности. При этом захолаживание будет происходить значительно быстрее. Для регулировки доли холодного потока следует предусмотреть дополнительную систему автоматической регулировки вихревой трубы. При достижении стабильною уровня температур в камере система регулировки установит дроссель в положение, соответствующее режиму максимальной температурной эффективности (то есть режиму минимальной температуры холодного потока).

• Для осушки рекомендуется использовать теплообменники-регенераторы, засыпанные адсорбентом Так как поток охлаждаемого воздуха имеет повышенное давление (6-7 бар), то регенерация цеолита в холодном теплобменнике может быть произведена простым открытием воздушного клапана в атмосферу. Падение давления в объёме цеолита приведёт к выделению поглощённой влаги. Для максимального упрощения данной задачи и для сохранения принципа создания установки из дос1упных, серийно выпускаемых машин и аппаратов, рекомендуется использовать промышленно выпускаемые

переключающиеся адсорберы, работающие по технологии PSA (pressure swing adsorber).

• При создании рабочей установки охлаждения следует уделить большое внимание устройствам шумопонижения, так как воздушный компрессор и вихревая труба являются источниками сильного шума. Мощность звука воздушного компрессора, применявшегося в нашей установке составляла 80 дБ, что является недопустимым показателем для медицинских учреждений. Однако уже сегодня существуют компрессора без смазки с уровнем шума 30..35 дБ, применяемые, например, в стоматологии.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПОДБОРУ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ_КОНКРЕТНЫХ_ЗНАЧЕНИЙ

ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УСТАНОВКИ ХРАНЕНИЯ

В настоящее время существуют серийно выпускаемые вихревые трубы (компаний Exair, ITW Vortec) с пропускной способностью 50..4200л/мин (З..252м3/ч). Эти расходы соответствуют значениям полезных холодопроизводительностсй от 25Вт до 3000 Вт. Для сжатия таких объёмов воздуха можно использовать серийные воздушные компрессоры (2-3-х цилиндровые) или имеющуюся в наличии пневмосеть. Во фреоновом контуре можно также использовать серийные фреоновые машины. Условно разбив диапазон холодопроизводительностей на участки малой (до 150Вт), средней (150 500Вт) и большой (свыше 500Вт) холодопроизводительностей, мы составили сводную таблицу 1, позволяющую определить тип оборудования, необходимый для обеспечения конкретного значения Qx.

Таблица 1.

Подбор типа оборудования в зависимости от требуемой __холодопроизводительности_

Параметр Ох, Вт

до 150 150..500 свыше 500

Расход воздуха через вихревую трубу до ЗООл/мин 300.. ЮООл/мин свыше ЮООл/мин

Тип воздушного компрессора одноцилиндровый 2-3-х цилиндровый или пневмосеть крупный компрессор или пневмосеть

Потребляемая мощность фреонового компрессора до 2 кВт 2..7 кВт свыше 7 кВт

выводы

• Предложена новая область технического применения вихревых труб

• Установлена возможность использования вихревой трубы вне диапазона температур, на которые она была рассчитана. В нашем случае вихревая труба, рассчитанная на работу в диапазоне температур сжатого воздуха +20..+30°С, успешно использовалась в диапазоне -30..-40°С

• Аналитически и экспериментально исследованы термодинамические характеристики малоразмерной вихревой трубы (0 7.2мм, ITW Vortec Corp. (USA)) в диапазоне температур сжатого воздуха +30..,-40°С

• Экспериментально подтверждена независимость температурной эффективности вихревой трубы от начального уровня температуры сжатого воздуха

• Создан прототип охладителя с температурой термостатирования -70°С

• Аналитически и экспериментально исследована работа двухконтурной каскадной холодильной установки для систем краткосрочного хранения биоматериалов. Установлены режимы максимальной холодопроизводительности. Полезная холодопроизводительность установки при -70°С составила 60Вт. Полезная холодопроизводительность модернизированной установки (с тремя последовательными холодильными камерами) составила 120 Вт. Расход воздуха составил 200л/мин (12м3/час), давление воздуха составило 0.7 МПа. Потребляемая мощность установки составила 1800 Вт

• Время захолаживания биоматериала массой ш=1 кг с теплоёмкостью 2.7кДж/кг*К от темперагуры +30°С до -67°С составило 65 мин, что соответствует скорости охлаждения 1.34 К/мин. Такое значение скорости является приемлемым для систем криоконсервирования.

• Проведено сравнение созданного прототипа установки охлаждения и хранения с существующими установками для криоконсервирования. Недостатком прототипа является низкая энергетическая эффективность, к преимуществам относятся надёжность, простота в эксплуатации и низкая стоимость предложенной установки К тому же охлаждение биоматериала осуществляется потоком холодного воздуха, что интенсифицирует теплообмен и позволяет охлаждать биоматериалы больших размеров, чем это возможно в существующих системах, где теплообмен между биоматериалом и хладагентом происходит только за счёт теплопроводности стенок испарителя

• По результатам проведенных исследований сформулированы

• практические рекомендации по разработке охладителей биоматериалов с температурами термостатирования -70°С. Данные рекомендации позволяют подобрать тип вихревой трубы и компрессорного оборудования, необходимый для обеспечения требуемой холодопроизводительности.

СХЕМА УСТАНОВКИ

16+

is

ß J 'Холодный' поток

<РК-<Рресно&ьт Компрессор Kl-Конденсатор ВТ-Вихревая Тр&бо ВК-Воздныныи Компрессор ХК-Холодильник Концевоя TOL TOS, TOS о- Теплоовменники

ТРВ1,ТРВг,ТРВ2а-Терморегилир&юцие Вентили Поток фреона

СХЕМЫ ПРОЦЕССОВ

ФРЕОНОВЫЙ КОНТУР

ВОЗДУШНЫЙ КОНТУР 11/ Рн, 711

воздух из атм.

Поток сжатого воздэха Поток 'теплого' воздуха

Рис. 1. Общая схема двухконтурной каскадной холодильной установки с вихревой трубой

Рис. 2. Теоретическая зависимость температурной эффективности вихревой трубы от доли холодного потока

Тх,°С

.J

1 ■ < * У*

у*

\ ♦ 4 - 1

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 (Д.

— — Теоретическая зависимость (&х= - 30°С) Ш ■ ■ ■ Экспериментальные данные (1вх= -30°С) Теоретическая зависимость (1вх= -40°С) ♦ ♦ ♦ ♦ Экспериментальные данные (Ъвх= - 40 С)

Рис. 3. Расчётные и экспериментальные значения температуры холодного потока

т,°с

20 i

-20

-40

-60

-80

tt И Т12 Т11

\\ е. 1 %>!< ■ ^ \ Т14 Т15

|Ьв ■ "ФФЯР цячщь

0 60 120 180 240 х, МИН

Рис 4. Температура воздуха в основных точках системы

Т11 — вход в TOI Т12 - выход из Т01(вход в Т02)

Т14 - выход из Т02 (вход в ВТ) Т15 выход из ВТ

Т,°С

20

-20

-40

-60

Vri7

X ^

60

120

180

240

Т, МИН

Рис. 5. Температура воздуха на входе (Т15) и выходе (Т17) холодильной камеры (масса биоматериала 1кг; теплоёмкость биоматериала 2.7кДж/кг*К) 15

Qyct, Вт 200

160

120

80

40

0

О 0.2 0.4 О.б 0.8 1

— Теоретическая зависимость ■ ■ ■ ■ Экспериментальные данные

— — Установка с тремя последовательными ход. камерами

Рис. 6. Зависимость холодопроизводительности от доли холодного потока для экспериментальной установки и усовершенствованной установки с тремя холодильными камерами

Публикации по теме диссертации

1. Архаров И.А., Навасардян Е.С., Лукьянов П.А. Установки для систем хранения биоматериалов // Химическое и нефтегазовое машиностроение - 2001. - № 8. - С. 18-21.

2. Two-Circuit Cascade Refrigerator Unit for Short Time Cryopreservation of biological materials at -70°C / I.A. Arkharov, L.C. Kun, P.A. Luckyanov, E.S. Navasardyan // The Seventh IIR International Conference Cryogenics, - Prague (Czech Republic), 2002. - P. 161-164.

3. Freezer with Single Stage Hermetic Compressor / I.A. Arkharov, A.M. Arkharov, E.S. Navasardyan at al. // IIR International Congress of Refrigeration, - Washington (USA), 2003. - P.105-108.

4. Cascade refrigerators with vortex tube stage / I.A. Arkharov, P.A. Luckyanov, E.S. Navasardyan at al. // IIR International Congress of Refrigeration, - Washington (USA), 2003. - P. 124-129.

Подписано к печати 19.05.04 г. Зак. 86т. Объём 1.0 п.л. Тир. 100 Типография МГТУ им Н.Э.Баумана 107005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5

РНБ Русский фонд

2006-4 4832

ВВЕДЕНИЕ.

1. Современное состояние проблемы хранения биологических материалов. Обзор научных публикаций, посвященных использованию вихревого эффекта в различных системах. цель и задачи исследования.

1.1 Специфика низкотемпературной обработки биологических материалов.

1.1.1 Особенности процессов охлаждения и хранения биоматериалов.

1.1.2 Требования к системам охлаждения.

1.2 Существующие установки криоконсервирования биоматериалов.

1.2.1 Способы охлаждения и конструктивные разновидности.

1.2.2 Сравнительный анализ технических показателей и 'эксплуатационных характеристик.

1.3 Применения вихревых аппаратов в различных системах охлаждения. Сравнительный анализ.

1.3.1 Особенности процесса вихревого расширения газа. Определяющие параметры.

1.3.2 Вихревые труба в системах охлаждения и термостатирования. Конструктивные решения.

1.3.3 Другие области применения вихревых аппаратов.

1.4 Выводы. Цель и задачи работы.

2. Теоретические аспекты применения вихревых труб в системах охлаждения биоматериалов.

2.1 Особенности и преимущества использования открытого воздушного цикла при криоконсервировании.

2.1.1 Выбор способа организации теплообмена в холодильной камере. Преимущества охлаждения в потоке газа.

2.1.2 Обоснование целесообразности применения двухконтурной схемы с вихревой трубой.

2.2 Теоретическое исследование работы вихревой трубы при расширении газа с начальной температурой ниже температуры окружающей среды и малых перепадах давления.

2.2.1 Зависимость параметров процесса вихревого расширения воздуха от начальных условий.

2.2.2 Влияние влагосодержания и соотношения горячего и холодного потоков на конечную температуру.

2.2.3 Влияние геометрических размеров, конфигурации и конструктивных особенностей соплового аппарата на газодинамическую стабильность работы вихревой трубы при низких температурах.

2.3 Методика определения параметров вихревых труб в области низких температур на основании интерполяции опытных данных.

2.4 Методика расчета холодопроизводительности каскадов.

2.5 критерии подбора оборудования в каскадах.

3 Экспериментальное исследование опытного образца двухконтурной каскадной холодильной установки с применением вихревой трубы на нижнем каскаде.

3.1. Цели и задачи экспериментальных исследований.

3.2 Описание опытной установки. Функциональная схема экспериментального стенда.

3.2.1 Установка с непрерывной системой осушки газа двухступенчатым вымораживанием.

3.2.2 Установка с системой осушки газа на базе сменных или переключаемых адсорберов.

3.3 Методы и устройства контроля параметров системы. 96 т3.4 Методика проведения эксперимента.

3.4.1 Методика построения номинальной характеристики вихревой трубы.

3.4.2 Методика исследования экспериментальных термодинамических характеристик вихревой трубы и холодильной установки. 99 3.5 Расчет погрешностей измерений.

3.5.1. Оценка погрешности измерения температуры.

3.5.2. Опенка погрешности измерения давления.

3.5.3. Оценка погрешности определения холодильного коэффициента.

3.6 Результаты исследований и их сравнительный анализ.

3.7 Рекомендации по использованию полученных данных при создании промышленных установок хранения биоматериалов.

3.7.1 Возможные пути повышения энергоэффективности установки.

3.7.2 Рекомендации по разработке холодильной установки, предназначенной для использования в системах краткосрочного хранения биоматериалов.

Длительное сохранение жизнеспособности биоматериалов (органов, тканей, крови, спермы и т.д.) в настоящее время возможно только при низких температурах. В больших хранилищах биоматериалов применяется оборудование, использующее холод жидкого азота. Это позволяет обеспечивать стабильный уровень температур хранения биоматериалов, а материальные затраты на обслуживание таких установок связаны только с необходимостью регулярного пополнения запасов жидкого азота. В случае небольших хранилищ использование азотного оборудования становится менее выгодным. В основном это связано с тем, что при потребности в замораживании и хранении небольших количеств биоматериала, используемые азотные установки имеют небольшие размеры (сосуды Дьюара 2-40 литров) и для пополнения уровня азота в установке требуется дополнительная установка большого хранилища азота (5л

10м ) или регулярное приобретение небольших объёмов жидкого азота у его производителей. В районах, удалённых от воздухоразделительных заводов, проблема обеспечения жидким азотом становится наиболее острой. Для трешения задачи хранения биоматериалов в небольших лабораториях, медицинских учреждениях, в местах, удалённых от производителей азота, применяются автономные рефрижераторы. В основном, это установки, работающие по смесевому циклу Клименко или двух-трёх каскадные фреоновые установки. Одним из существенных недостатков установок, работающих по циклу Клименко, является наличие полугерметичного компрессора, что приводит к утечкам рабочей смеси и потребности в её периодической перезаправке сервисной организацией. Недостатком каскадных фреоновых установок является наличие двух или трёх компрессоров, что ^уменьшает надёжность таких систем. При этом оба типа фреоновых установок требуют высоких эксплуатационных затрат и имеют высокую удельную стоимость на единицу хранящегося биоматериала. Последнее связано с тем, что объём контейнеров с образцами биоматериала, помещаемых во фреоновые системы, не может превышать определённого значения, гарантирующего равномерность охлаждения и постоянство скорости охлаждения биоматериала. .Для интенсификации теплообмена в холодильных камерах существующих фреоновых установок нередко устанавливают вентилятор. В случае использования открытого воздушного цикла мы сможем обеспечить определённые скорости охлаждения и равномерность охлаждения биоматериалов, обдувая их потоком охлаждённого воздуха.

Актуальность создания новой компактной, автономной, менее дорогой установки охлаждения для небольших хранилищ биоматериалов определяется перечисленными недостатками существующих фреоновых и азотных систем. Основными требованиями, предъявляемыми к разрабатываемой установке .хранения биоматериалов, являются простота в обслуживании, надёжность, компактность, невысокая стоимость и большой ресурс работы. Газодинамические аппараты, работающие по разомкнутому воздушному циклу наиболее полно отвечают этим требованиям, при этом обеспечивая требуемые скорости охлаждения и более равномерное поле температур охлаждаемого биоматериала по сравнению с фреоновыми установками.

Цель настоящей работы: разработка и исследование двухконтурной каскадной системы охлаждения и хранения биологических -материалов при температуре -70°С с вихревой трубой Ранка-Хилша

Основные задачи:

Аналитическая оценка возможности разработки рефрижератора для систем криоконсервирования с вихревой трубой

Анализ возможных схем рефрижераторов с вихревой трубой для систем криоконсервирования

Исследование теоретических и экспериментальных термодинамических характеристик малоразмерной вихревой трубы в диапазоне температур -входящего потока +30. .-40°С

Исследование зависимости эффективности теоретического (расчётного) и действительного (экспериментального) циклов холодильной системы от режима работы вихревой трубы

Разработка и изготовление экспериментального стенда двухконтурной каскадной установки, включающей серийно выпускаемые герметичный .фреоновый и безмасляный воздушный компрессор, а также стандартную вихревую трубу

Экспериментальные исследования работы двухконтурной каскадной экспериментальной холодильной установки

Оценка возможности использования экспериментальной установки для систем хранения биоматериалов

Научная новизна:

• Предложена новая область применения вихревых труб

• Разработана новая схема холодильной установки с вихревой трубой низкого давления (до 1МПа)

• Аналитически и экспериментально получены новые термодинамические характеристики малоразмерной вихревой трубы в диапазоне температур на входе +30°С.-40°С

• Установлена независимость температурной эффективности вихревой трубы от уровня температур сжатого воздуха

• Получены экспериментальные зависимости холодопроизводительности, холодильного коэффициента установки от режимов работы вихревой трубы .(температурный уровень, доля холодного потока) f

Практическая значимость работы:

• Создана экспериментальная каскадная двухконтурная система охлаждения с вихревой трубы и получены ее термодинамические характеристики

• Экспериментально определён диапазон работы вихревой трубы, обеспечивающий требуемую холодопроизводительность на заданном температурном уровне

• Предложена методика конструирования систем хранения на базе промышленно выпускаемого оборудования

В диссертации защищаются

• результаты аналитических и экспериментальных исследований, подтвержающие возможность создания охладителей биологических материалов на основе герметичного фреонового компрессора и вихревой трубы, работающей при давлении до 1МПа

• методика построения теоретических характеристик вихревой трубы в неисследованном диапазоне температур при её известных характеристиках в области положительных температур

• рекомендации по разработке систем охлаждения на базе стандартной -вихревой трубы

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

• Международная конференция «Cryogenics 2002», Прага, 2002

• 21 Международный конгресс по холоду, Вашингтон, 2003

• Международная конференция «Cryogenics 2004», Прага, 2004

Публикации: По теме диссертационной работы опубликовано 4 печатные 'работы.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы из 101 наименования и содержит 136 стр. основного текста, 31 рис., 7 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Предложена новая область технического применения вихревых труб Установлена возможность использования вихревой трубы вне диапазона температур, на которые она была рассчитана. В нашем случае вихревая труба, рассчитанная на работу в диапазоне температур сжатого воздуха +20.+30°С, успешно использовалась в диапазоне -20.-40°С Аналитически и экспериментально исследованы термодинамические характеристики малоразмерной вихревой трубы (0 7.2мм, ITW Vortec Corp. (USA)) в диапазоне температур сжатого воздуха +30.-40°С, в диапазоне расходов 50.200 л/мин и давлений - 0.4.0.7МПа. Испытания проводились на сухом воздухе. Минимальной температуре на выходе вихревой трубы соответствовала доля холодного потока ц=0.4 во всём диапазоне температур сжатого воздуха

Экспериментально подтверждена независимость температурной эффективности вихревой трубы от начального уровня температуры сжатого воздуха

Создан опытный макет охладителя с температурой термостатирования -70°С

Аналитически и экспериментально исследована работа двухконтурной каскадной холодильной установки для систем краткосрочного хранения биоматериалов. Установлен режим максимальной холодопроизводительности и режим наименьшей температуры в холодильной камере. Расход сжатого воздуха составлял 200л/мин о

12м /час), давление воздуха 0.7 МПа

Полезная холодопроизводительность установки при -70°С составила 60Вт. Полезная холодопроизводительность модернизированной установки (с тремя последовательными холодильными камерами) составила 120 Вт. Потребляемая мощность установки 1800 Вт

Время захолаживания биоматериала массой ш=1 кг с теплоёмкостью 2.7кДж/кг*К от температуры +30°С до -67°С составило 65 мин, что соответствует скорости охлаждения 1.34 К/мин. Такое значение скорости является приемлемым для систем криоконсервирования и обеспечивает сохранность биоматериала

Проведено сравнение созданного прототипа установки охлаждения и хранения с существующими установками для криоконсервирования. Недостатком прототипа является низкая энергетическая эффективность. К преимуществам относятся надёжность, простота в эксплуатации и низкая стоимость предложенной установки. К тому же охлаждение биоматериала осуществляется потоком холодного воздуха, что интенсифицирует теплообмен и позволяет хранить биоматериалы больших размеров, чем это возможно в существующих системах, где теплообмен между биоматериалом и хладагентом происходит только за счёт теплопроводности стенки испарителя

По результатам проведенных исследований сформулированы практические рекомендации по разработке охладителей биоматериалов с температурами термостатирования -70°С. Данные рекомендации позволяют подобрать тип компрессорного оборудования, необходимый для обеспечения требуемой холодопроизводительности.

1. А.с. 115180 СССР. Холодильная камера / А.П. Меркулов, В.М. Дорофеев //Б.И. - 1958. - №9.

2. А.с. 123986 СССР. Холодильная камера / А.П. Меркулов // Б.И. 1959. -№22.

3. А.с. 124682 СССР. Термостат / А.П. Меркулов // Б.И. 1959. - № 8

4. А.с. 128471 СССР. Вихревой энергоразделитель / М.Г. Дубинский // Б.И. -1960. № 10.

5. А.с. 152469 СССР. Вихревая холодильная камера для получения низких температур в замкнутом объёме / А.П. Меркулов // Б.И. 1963. - № 1.

6. А.с. 152469 СССР. Вихревая холодильная камера для получения низких температур в замкнутом объёме / А.П. Меркулов // Б.И. 1962. - №25.

7. А.с. 299713 СССР. Переносной кондиционер / Г.И. Воронин, И.Д. Грушенков, Р.С. Тер-Ионесян, Ю.В. Антонов, Ю.В. Чижиков // Б.И. 1971. -№ 12.

8. А.с. 300726 СССР. Бытовой холодильник / А.И. Азаров // Б.И. 1971. - № 13.

9. А.с. 356429 СССР. Вихревая камера / П.Н. Шаповаленко // Б.И. 1972. -№32.

10. А.с. 486191 СССР. Кондиционер / В.Г. Воронин, В.Е. Каль, Б.А. Кононов, Л.П. Левин, А.Т. Смольский, Ю.В. Чижиков // Б.И. 1975. - № 36.

11. Аграненко В.А., Федорова Л.И. Замороженная кровь и её клиническое применение. М.: Медицина, 1983. - 96 с.

12. Азаров А.И. Бытовые вихревые холодильники для кабин транспортных средств // Холодильная техника. 1986. - №7 - С. 28-30

13. Азаров А.И., Калюжный В.А. Сопоставление комплексных характеристик комбинированного и термоэлектрического воздухоохладителей // Холодильная техника и технология. 1980. - Вып. 30. - С. 60-63.

14. Алексеенко С.В., Окулов B.JI. Закрученные потоки в технических приложениях (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 1996. - Т.З, №2. -С.101-138.

15. Архаров A.M., Марфенина И.В., Микулин Е.И. Теория и расчет криогенных систем. -М.: Машиностроение, 1978. 415 с.

16. Бирюк В.В. Вихревой эффект энергетического разделения газов в авиационной технике и технологии // Изв. Вузов. Авиационная техника. -1993.-№2. С. 20-23.

17. Бобровников Г.Н., Поляков А.А., Ильина Н.И. Исследование воздушных систем термостатирования и их расчёт // Труды МВТУ. 1982. - №388. -С.38-70.

18. Бродянский В.М., Лейтес И.Л. Зависимость величины эффекта Ранка от свойств реальных газов // ИФЖ. 1962. - №5. - С.37-42.

19. Бродянский В.М., Мартынов А.В. Зависимость эффекта Ранка-Хилша от температуры // Теплоэнергетика. 1964. - №6. - С.56-60.

20. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей: Справочник. -М.: Наука. 1972. -420с.

21. Вильяминов В.Н. Низкотемпературное консервирование эритроцитов под защитой комбинированного криопротектора на основе пропиленгликоля и диметилацетамида: Автореферат дис. .канд. мед. наук. Санкт -Петербург, 1997. - 23 с. с ил.

22. Вихревой кондиционер / Г.Н. Бобровников, А.А. Поляков, А.П. Лепявко и др. // Машины, приборы, стенды: Каталог МВТУ. 1974 - №4. - С.14.

23. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы I Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1971.-25 с.

24. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы II Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1976. - 273 с.

25. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы III Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1981. - 443 с.

26. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы IV Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1984. - 283 с.

27. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1986. - 256 с.

28. Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы VI Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1993. - 223 с.

29. Барсуков С.И., Кузнецов В.И. Вихревой эффект Ранка. Иркутск, 1983. -122 с.

30. Вихревые аппараты / А.Д. Суслов, С.В. Иванов, А.В. Мурашкин и др.; Под ред. А.Д. Суслова. М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.

31. Вулис Л.А. Об эффекте Ранка // Изв. АН СССР. ОТН. 1967. - №10. -С.24-31.

32. Гуляев А.И. Исследование вихревого эффекта // ЖТФ. 1965. - Вып. 10, №35. - С.64-70.

33. Гуляев А.И. Эффект Ранка при низких температурах // ИФЖ. 1965. -Т.9, №3. - С.43-49.

34. Гуцол А.Ф. Эффект Ранка // Успехи физ. наук. 1997. - Т. 167, №6. -С.665-686.

35. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974. - 230с.

36. Дубинский М.Г. Вихревой энергоразделитель // Изв. АН СССР. ОТН. -1955. №6. - С.35-41.

37. Дубинский М.Г. Вихревые аппараты // Изв. АН СССР. ОТН. 1955. - №8.- С.20-25.

38. Дыскин Л.М., Крамаренко П.Т. Энергетические характеристики вихревых микротруб // ИФЖ. 1984. - Т.42, №6. - С.903-905.

39. Епифанова В.И., Ивакин О.А., Шадрина В.Ю. Основы приближённой методики расчёт вихревых труб // Изв. вузов. Машиностроение. 1979. - №7.- С.57-62.

40. Жидков М.А., Комарова Г.А., Овчинников В.П. Опыт эксплуатации промышленной ВТ на ГРС // Процессы горения и охрана окружающейсреды: Материалы II Всероссийской науч.-техн. конф. РГАТА. Рыбинск, 1997.-4.1.-С. 27-36.

41. Жирнов А.А., Горелов Г.И., Азекаев С.П. Вихревой термохимический реактор // Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1986. - С. 205209.

42. Жихарь С.А., Успенский В.А., Бородин В.И. Вихревой адсорбер // Промышленная и санитарная очистка газов. 1983. - №1. - С.17-18.

43. Жорник И.В. Разработка, исследование и реализация способа охлаждения элементов ГТД вихревыми энергоразделителями: Дисс. . канд. техн. наук. -Рыбинск, 1992. 128с.

44. И.В. Левичев Устройство для обогрева рукоятки // Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1986. - С. 68-70.

45. Ианушкин A.M., Поляков А.А. ВТ для систем термостатирования // Динамика систем. Омск: ОПН, 1973. - С.274-279.

46. Иванов С.В. ВТ для обогащения воздуха кислородом // Труды МВТУ им. Н.Э.Баумана. 1976. - № 240 - С.129-131.

47. Иванов С.В., Суслов А.Д., Чижиков Ю.В. Модель механизма низкотемпературного разделения воздуха в ВТ // Криогенные машины. Новосибирск. Межвузовский сборник, 1977. С. 66-73.

48. Иванов С.В., Суслов А.Д., Чижиков Ю.В. Модель механизма низкотемпературного разделения воздуха в ВТ // Криогенные машины. -Новосибирск: НИСИ, 1977. С.66-73.

49. Карнаухов В.Н. Криоконсервирование генетических ресурсов в проблеме сохранения биоразнообразия // Биофизика живой клетки. Пущино, 1994. -С. 135-149.

50. Киясбейли А.Ш., Перелыптейн М.Е. Вихревые измерительные приборы // Б-ка приборостроителя. М.: Машиностроение. - 1978. - С.23-32.

51. Кобрянский B.JI., Миклашевич В .В., Мостицкий А.В. Криомедицинская установка на основе дроссельной системы охлаждения замкнутого цикла // Электронная промышленность. 1979. - Вып. 8-9. - С. 71 - 72.

52. Коллинз Р.Л., Лавлейс Р.Б. Экспериментальное исследование течения парожидкостной смеси пропана через ВТ Ранка-Хилша: Пер. с англ. // Теплопередача. 1979. - Т.101, №2. - С.131-138.

53. Криогенные системы: Учебник для студентов вузов по специальности «Техника и физика низких температур»; В 2 т. / А.М.Архаров, И.В. Марфенина, Е.И. Микулин; 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1996. - Т. 1 .Основы теории и расчета - 576 с.

54. Кузнецов В.И. Методика расчёта ВТ // Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы I Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1971.-е. 39-45

55. Очистка природного газа с помощью вихревого эффекта. Лейтес И.Л., Семёнов В.П., Половинкин В.А. и др. // Химическая промышленность. -1970.-№5-С. 25-30.

56. Лукьянов П.А., Навасардян Е.С., Архаров И.А. Установки для систем хранения биоматериалов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2001. № 8. — С.12-19.

57. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Исследование параметров вихревого потока внутри трубы Ранка-Хилша // ИФЖ. 1967. - Т. 12, №5 - С. 639-644

58. Мартынов А.В., Бродянский В.М. Что такое вихревая труба? М.: Энергия, 1976.-152 с.

59. Мартыновский B.C., Алексеев В.П. Вихревой эффект охлаждения и его применение // Холодильная техника. 1953. - №3 - С. 24-32.

60. Мартыновский B.C., Войтко A.M. Эффект Ранка при низких давлениях // Теплоэнеретика. 1961. - №2. - С. 47-53.

61. Мартыновский B.C., Парулейкар Б. Эффективность вихревого метода охлаждения // Холодильная техника. 1960. - №1. - С. 32-39.

62. Мартыновский B.C., Семенюк В.А., Азаров А.И. Оптимальная ёмкость термоэлектрических холодильников // Холодильная техника и технология. -1974.-Вып. 18.-С. 8-13.

63. Меркулов А.П. Вихревой термостат // Холодильная техника. 1960. - №6. -С. 17-26.

64. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. М.: Машиностроение, 1969. - 184 с.

65. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике. 2-е изд. -Самара: Оптима, 1997. 204 с.

66. Меркулов А.П. Гипотеза взаимодействия вихрей // Изв. вузов. Энергетика. 1964. - №3. - С. 74-82.

67. Меркулов А.П. Исследование вихревого холодильника: Дис. . канд. техн. наук. Куйбышев, 1998. - 160с.

68. Меркулов А.П. Характеристики и расчёт вихревого холодильника // Холодильная техника. 1958. - №3. - С. 24-31.

69. Метенин В.И. Определение оптимального режима работы воздушного вихревого холодильного аппарата. Минск: Наука и техника, 1966. - 64с.

70. Метенин В.И. Экспериментальное исследование рабочего процесса воздушной вихревой холодильной установки // Холодильная техника. 1959. - №4 - С. 19-23.

71. Мухтдинов Р.Х. Пути использования эффектов закрученных потоков в процессах химической технологии // Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы IV Всесоюзной научно-технической конференции. -Куйбышев, 1984.-С. 120-126

72. Н.Н.Новиков, В.А. Смирнов, В.В. Михайлов. Вихревые горелочные устройства И Вихревой эффект и его применение в технике: Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1986.1. С. 92-95.

73. Навасардян Е.С. Разработка и исследование дроссельной системы охлаждения биоматериалов при температуре -70°С: Дисс. . канд. техн. наук. Москва, 2003. - 128с.

74. Наер В.А. Холодильная установка для камер тепла и холода, работающая на смеси агентов // Холодильная техника и технология. 1999. - Вып. 62. — С. 133-139.

75. Охрана окружающей среды: Учебн. пособие / Под ред. С.В. Белова М.: Высшая школа, 1983. - 264с.

76. Пат. 1642210 (СССР), МКИ F25 D3/10. Кассета для хранения биоматериалов в сосуде Дьюара / Б.А. Макаров, Колесников А.С., Сергеев С.Н. и др. // Б.И. 1991. - №7.

77. Пат. 2067266 (Россия), МКИ F25 В 9/02. ВТ / А.И. Азаров // Б.И. 1998. -№27.

78. Пат. 2177590 (Россия), МКИ F25 В 9/02. Вихревой газоохладитель / А.И. Азаров // Б.И. 2001. - №36.

79. Пат. 57-45881 (Япония) МКИ ГОШ 5/18. Схема охлаждения лопаток газовых турбин / С. Кобаяси // Б.И. 1982. - № 12.

80. Пат. 743.111 (Франция), G r/5.-C/l/3., 85f4, LA GIRATION DEC FLUIDES. Residunt en France (Allier). Demande Le 12 decembre 1931, a 14h 41m f Paris. Delivre Le 6 janvier 1933. -Publie le 24 mars. 1933

81. Пиралишвили Ш.А. Вихревое горелочное устройство // Изв. Вызов. Авиационная техника. 1989. - №2 - С. 80-81.

82. Пиралишвили Ш.А. Развитие теории, разработка и внедрение методов расчёта вихревых энергоразделителей с целью создания эффективных технических устройств: Дис. . докт. техн. наук. -М., 1991. -320с.

83. Пиралишвили Ш.А., Поляев В.М., Сергеев М.Н. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения. М.: УНПЦ Энергомаш, 2000. -416 с.

84. Поляков А.А., Канаво В.А., Ильина Н.И. Осушители воздуха технологических помещений // Холодильное машиностроение. Серия ХМ-7 (обзорная информация). -М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1981. С. 20-26.

85. Пушкарь Н.С. Криоконсервирование клеток и тканей // Сб. науч. тр. АН УССР. Харьков, 1984. - С. 18 - 35.

86. Пушкарь Н.С. Актуальные вопросы консервации и трансплантации костного мозга и крови // Сб. науч. тр. АН УССР. Харьков, 1972.- С. 5 - 10.

87. Пушкарь Н.С., Белоус A.M., Цуцаева А.А. Низкотемпературное консервирование костного мозга. Киев: Наукова думка, 1976. - 287 с.

88. Соколов Е.Я. Характеристика ВТ // Теплоэнергетика. 1966. - №7. -С. 37-42

89. Справочник по физико-техническим основам криогеники / Под ред. М.П. Малкова. 2-е изд. -М.: Энергия, 1975. - 512 с.

90. Суслов А.Д., Чижиков Ю.В., Иванов С.В. Разработка и исследование нового типа воздухоразделительного ректификатора. // Химическое и нефтяное машиностроение. 1980. - №9. - С.5-6.

91. Улыбин С. А., Орлова М.П., Орлова М.П. Низкотемпературная термометрия. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 280 с.

92. Фультон Ц.Д. Труба Ранка // Холодильная техника. 1950. - №5. - С.ЗЗ-36.

93. Чижиков Ю.В. Развитие теории, методов расчёт а и промышленное использование вихревого эффекта: Дис. . докт. техн. наук. М., 1998. -330с.

94. Ш.А. Пиралишвили, И.В, Фролова Лопатка турбины ГТД с вихревым охлаждением пера // Вихревой эффект и его применение в технике:

95. Материалы V Всесоюзной научно-технической конференции. Куйбышев, 1986.-с. 87-91.

96. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М.: Мир, 1972. - 384 с.

97. Katayama Y. The effect of a simplified method for cryopreservation and thawing procedures on peripheral blood stem cells // Bone Marrow Transp. -1993.-Vol. 19.-P. 283-287.

98. Takahama H., Tonimoto K. Study of Vortex Tubes. Effect of the Bend of a Vortex Chamber // Bull. ISME. 1974. - V.17, №108. - P. 740-747.

99. Two-Circuit Cascade Refrigerator Unit for Short Time Cryopreservation of biological materials at -70°C // The Seventh IIR International Conference Cryogenics. Prague (Czech Republic), 2002. - P.46-50.

100. Warkentin P.I. Cryopreservation and Infusion of Peripheral Stem Cell //Peripheral Stem Cell Autografts.- Berlin, 1993. P. 199-205.

101. Wolfe J., Bryant G. Physical stresses in cells at low temperatures //20th International Congress of Refrigeration, IIR/IIF/ Prague (Czech Republic), 1999. -P. 543-547.