Evolution of liquid nitrogen supply modules in cooling systems for cryotherapy units

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

For over 25 years now, single cryotherapy units (cryosaunas) have been produced and used in clinical practice in the Russian Federation. Cryotherapy is a type of physiotherapy based on short-term contact of the entire surface of the human body's skin with a gaseous medium cooled to cryogenic temperatures. Reducing skin temperature through intensive heat transfer to the cryogenic gas (coolant) stimulates the skin's cold receptors and creates conditions for the treatment of some socially significant diseases, including rheumatoid arthritis, psoriasis, asthma, allergy, etc. The main operational issue with such units is that the patient's skin releases a large amount of accumulated heat in contact with cryogenic gas. The most effective method to remove this heat flow is to use liquid nitrogen as a heat-receptive medium (cryogen). The world's first cryotherapy unit based on liquid nitrogen was used to discover and prove the effectiveness of cryotherapy. Then, the effectiveness of nitrogen refrigeration systems was questioned and they were replaced by compression refrigeration systems in some countries. In Russia, nitrogen refrigeration technology was developed and adapted to the design of single cryotherapy units. Thus, this cryosauna offers the highest cryotherapy efficacy with the lowest consumption of liquid nitrogen.

This work aimed to analyze liquid nitrogen supply units in the cryosauna refrigeration system and identify the most effective technology.

It was found that nitrogen refrigeration systems allow to remove a greater amount of heat with the lowest energy consumption. Moreover, no additional refrigeration equipment is required. Contact nitrogen refrigeration systems have lower thermal inertia and higher efficiency of liquid cryogen. It is proposed to use of an alternative cryogen in multi-seat cryotherapy units. Contact nitrogen refrigeration systems in single cryotherapy units is the most reasonable option in terms of power and technology.

About the authors

Aleksandr Y. Baranov

ITMO Univercity

Email: abaranov@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0002-9263-8153
SPIN-code: 1591-4442

Dr. Sci. (Tech.), Professor

Russian Federation, St. Petersburg

Ekaterina V. Sokolova

ITMO Univercity

Author for correspondence.
Email: evlogvinenko@itmo.ru
ORCID iD: 0000-0002-5127-9959
SPIN-code: 9397-9168

Cand. Sci. (Tech.)

Russian Federation, St. Petersburg

Vladimir A. Baranov

Research and production enterprise "KRION"

Email: baranov@krion.ru
ORCID iD: 0009-0002-6067-4982
SPIN-code: 1944-4210
Russian Federation, St. Petersburg

Ivan A. Baranov

Research and production enterprise "KRION"

Email: baranov@krion.ru
ORCID iD: 0009-0007-9795-4167
Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Baranov A, Pakhomov O, Fedorov A, et al. Technique and Technology of Whole-Body Cryotherapy (WBC). In: Low-temperature Technologies. IntechOpen; 2020. doi: 10.5772/intechopen.83680
  2. Yamauchi RA, Yamauchi YT, Kazuya Miura. The analgesic effects of −170°C whole body cryo-therapy on rheumatoid arthritis (R.A.); curable. PAIN. 1987;30. doi: 10.1016/0304-3959(87)91583-1
  3. Yamauchi YT, Miura K, Cooper A. Clinical effects of −170°C whole body cryotherapy (W.B.C.T.) on steroid dependant chronic diseases. Journal of Steroid Bio-chemistry. 1986;25(1)25. doi: 10.21822/2073-6185-2018-45-3-39-57
  4. Sokolova EV, Baranov AYu, Baranov IA, Baranov VA. Fundamentals of the effectiveness of cryotherapeutic equipment. Physiotherapy, balneology and rehabilitation. 2024;23(3):113-125.
  5. Baranov AYu, Baranov VA. Selecting a cryotherapeutic installation scheme. Refrigeration technology. 2007;10:42-45. EDN: KWWYAL
  6. Benoit Dugué, Jean-Pierre Bernard, Romain Bouzigon, et al. Whole body cryotherapy / cryostimulation. 39th Informatory Note on Refrigeration. IIR; 2020. doi: 10.18462/iif.NItec39.09.2020
  7. Baranov AI. Effect of general cryotherapy on subjective physical indices. Fizjoterapia Polska. 2008;8:351-354
  8. Baranov AY, Shestakova OA, Malysheva TA, et al. The physical theory of efficiency and safety of the WBC. Refrigeration Science and Technology, In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  9. Baranov AY, Malyshevа TA, Modeling unsteady heat transfer in cryomedicine. Journal of International Academy of Refrigeration. 2000;2:38-41.
  10. Yerezhep D, Baranov AY, Pakhomov OV. Analysis of effect of clothing in procedure of cryotherapy using computer simulation. In: 2019 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2019;4:84-91.
  11. Akulov LA, Borzenko EI, Zaitsev AV. Thermophysical properties and phase equilibrium of cryogenic products, reference book. SPbGUNiPT; 2009.
  12. Baranov A, Panova D, Sokolova E, et al. Supplying with LN of IWBC Plants. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  13. Baranov A, Malysheva T, Kletskiy A, et al. The Choice of the Optimal Gas Temperature in the WBC area. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  14. Miller ED. New Approach to Cryostimulation in Neurorehabilitation. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  15. Douzi W, Dupuy O, Theurot D, et al. Partial-body cryostimulation after training improves sleep quality in professional soccer players. BMC Res Notes. 2019;12(1):141.
  16. Yerezhep D, Baranov AY. Understanding Cryotherapy. IET; 2020.
  17. Bernard JP, Dallais A. Safe and Efficient Use of Liquid Nitrogen in Cryotherapy Applications. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  18. Baranov A, Sulin A, Bobrenkov O, Baranov I. Prospects for the Development of WBC Technology. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  19. Cuttell S, Hammond L, Langdon D, Costello J. Individualising the exposure of –110 °C whole body cryotherapy: the effects of sex and body composition. Journal of Thermal Biology. 2017;65:41-47.
  20. Dugue B, Douzi W, Dupuy O. What everybody should know about whole-body cryotherapy/cryostimulation. In: 3rd IIR conference on cold applications in life sciences - cryotherapy and cryopreservation; 12-14 september, Saint Petersburg, Russia. IIR; 2018.
  21. Baranov AYu, Balakhnin DG, Baranov VA, Kozlova IA. On the experience of using gasifier vessels to supply cryomedical equipment with nitrogen. Technical Gases. 2008;5:47-52.
  22. Baranov AYu, Belikov PA, Prikhodko SV, Baranov VA. Supply of aerocryotherapeutic complexes with liquid nitrogen. Bulletin of the St. Petersburg State University of Low-Temperature and Food Technologies. 2003;2:82.
  23. Baranov AYu, Baranov VA, Le Quang VM. On the choice of cryostating technology for an individual cryosauna. Bulletin of the International Academy of Refrigeration. 2008;1:37-39.
  24. Vasilenok AV, Baranov AY, Filatova OA, et al. New covering sources for heat load in whole-body cryotherapy units. AIP Conference Proceedings. 2021;2412:030003.
  25. Baranov AYu, Vasilenok AV, Kravchenko YuA, Sokolova EV. Modeling the operation of a multi-seat cryotherapy unit using LNG as a cryo-agent for the cooling system. In: Engineering and technology of petrochemical and oil and gas production. Proceedings of the 12th International Scientific and Technical Conference. Omsk; 2022:112-113.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the nitrogen refrigeration system of the first cryotherapy unit

Download (503KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of a European nitrogen refrigeration system.

Download (504KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Schematic diagram of the liquid nitrogen supply system for a single cryotherapy unit (cryosauna)

Download (814KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».