Устройство для криогенного замораживания биологических объектов

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних , отличающеес я тем, что, с. целью повышения качества замороженных объектов и снижения расхода криогенной Ж1ЩКОСТИ, камера расположена под углом к горизонтали и состоит из двух коаксиальных обечаек , соединенных в нижней части кольцевым днищем с отверстием, сквозь отверстие и внутреннюю обечайку в камеру введен вал механизма перемещения объектов замораживания, выполненного в виде крыльчатки с радиальными лопастями и ободом, окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоизолированной крынке камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком установленным с возможностью поочередного зацепления с лопастями крыльчатки механизма перемещения, шаг которых, измеряемый по окружности с радиусом, равным расстоянию от центра крыльчатки до центра окна для загрузки сырья равен диаметру последнего. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес я тем, что угол между окном для загрузки сырья и окном для выгрузки сырья определяется по формуле (,Ь0 R SinoCccJSot fb: иге COS R-r где К - радиус камеры; 2чдиаметр окон для загрузки и выгрузки сырья; b - высота камеры; oi - угол наклона камеры к горизонтали; 2о( - средн.яя (Л толщина объекта замораживания, измеренная в теплом состоянии, при условии , что Ъ aibcosoi и oiiorct 2(R-r| 3.Устройство по пп. 1 и 2, Од отличающееся тем, что .камера для хладагента снабжена автоел матическим регулятором уровня. О) 4.Устройство по пп. 1-3, о т л ичающеес я тем, что оно снаб05 жено эластичным рукавом, обеспечиОд вающим соединение окна для вЫгрузки сырья с контейнером для сбора замороженных объектов. 5.Устройство по пп. 1-4, о т л ичающеес я тем, что оно снабжено установленными в окне для выгрузки сырья шиберной задвижкой и сигнализатором наполнения контейнера для сбора замороженных объектов, выполненным в виде подпружиненной заслонки со счетчиком.

ÄÄSUÄÄ 1065663 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(511 F 25 D 3/1 0

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ а<Ьсрэ0 и oL сae"cia

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 341 2531/28-13 (22) 19. 03.8.2 (46) 07.01.84. Бюл. Р 1 (72) Э.А.Амелин, Ю.К.Белан, В.М.Бойчук, Б . И. Веркин, Г.А . Винокуров и A.Т.Иванов (71) Физико-технический институт низких температур AH УССР (53) 621.59(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 512348, кл. F 25 D 13/06, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 765608, кл.F 25 D 3/10, 1979 (прототип) . (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ, содержащее теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора послед.них, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения качества замороженных объектов и снижения расхода криогенной жидкости, камера расположена под углом к горизонтали и состоит из двух коаксиальных обечаек, соединенных в нижней части кольцевым днищем с отверстием, сквозь отверстие и внутреннюю обечайку в камеру введен вал механизма перемещения объектов замораживания, выполненного в виде крыльчатки с радиальными лопастями и ободом, окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоизолированной крымске камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком, установленным с возможностью поочередного зацепления с лопастями крыльчатки механизма перемещения, шаг которых, измеряемый по окружности с радиусом, равным расстоянию от центра крыльчатки до центра окна для загрузки сырья равен диаметру последнего.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что угол между окном для загрузки сырья и окном для выгрузки сырья определяется по формуле

Ь э|Ilckcoso(gin О(R-r где R — радиус камеры; 2 — диаметр окон для загрузки и выгрузки сырья;

Ь вЂ” высота камеры; oL — угол наклона у камеры к горизонтали; 2a — средн,яя толщина объекта замораживания, измеренная в теплом состоянии, при условии, что С:

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем,что

l камера для хладагента снабжена автоматическим регулятором уровня.

4. Устройство по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено эластичным рукавом, обеспечивающим соединение окна для выгрузки сырья с контейнером для сбора замороженных объектов.

5. Устройство по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено установленными в окне для выгрузки сырья шиберной задвижкой и сигналиэатором наполнения контейнера для сбора замороженных объектов, выполненным в виде подпружиненной заслонки со счетчиком.

Изобретение отнас:=; ся к холодильной технике, в частности к устройствам для криогенного замораживания биологических объектов, преимущестВенно эндокдинно-Ферментного сырьяо

Известно устройство для эамора- 5 живания зндокринного сырья, включающее теплоизолированную камеру,выполненную в виде барабана, установленного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, на внутренней поверхности которого укреплены лопасти. Устройство снабжено подводящими и отводящими органами (транспортерами для загрузки и лотками для выгрузки), которые примыкают к камере (1 .

Недостатками данного устройства являются примерзание сырья к транспортеру, его низкая надежность, большой расход хладагента..

Известно также устройство для криогенного замораживания биологических объектов, содержащее теплоиэолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних 2 ).

Недостатком данного устройства является также невозможность управления процессом замораживания с точки зрения придания наибольшей,компактности объектам,, которые в данном устройстве могут замерзать в самой произвольна :". форме ч-о снижа- Зз ет возможное ;ь :ло"иой укладки заморожен -. .î-.а с.:-трья в упаковочную тару дпя хэанения и транспортировки.

При пеоемещении замороженных объект à в верхи-x-.". тачку происходит их 4Q перекатывание между соседними лопастями и падение на разгрузочный лоток„. приводящее к механическому разрушению (растрескиванию и частич ному дроблению"; сырья, что не догускается ГОСТ-3.22 8573. Кроме того, мелкие Отколовь хие я частички сырь я могут скапливаться в узких местах устройства и в отверстиях перфорации лап ас тей барабана „забивать их, а очистка, мойка и санитарная обработка барабана за-..руднены, так как констр„ ".кция его неразборная и доступ к внутренней поверхности бара, бана возможен только через боковые окна, для чего необходим демонтаж загрузочно-разгрузочных устройств, уплотнительных элементов и подшипниКОв

Недостатком является также то обстоятельство, что газообразный 60 холодный азот может выходить иэ барабана только через загрузочно-разгрузочные устройства в его торцах.

Это приводит к.значительному и.интенсивному охлаждению поддерживающих уплотнит ель ные элементы подшипников, а следовательно, к ухудшению их работы. Для замораживания сырья пары азота совершенно не используются.

Целью изобретения является повышение качества замороженных биологических объектов и снижение расхода криогенной жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для криогенного замораживания биологических объектов, содержащем теплаизалираванную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних, камера расположена под углом к горизантали и состоит иэ двух коаксиальных абечаек, соединенных в нижней части кольцевым днжцем с отверстием, сквозь отверстие и внутреннюю абечайку в камеру введен вал механизма перемещения объектов замораживания, выполненного в виде крыльчатки с радиальными лопастями и ободом, окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоиэолированной крьнаке камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком, установленным с возможностью поочередного зацепления с лопастями крыльчатки механизма перемещения,. шаг которых, измеряемый по окружности с радиусом, равным расстоянию ат центра крыльчатки до центра скна для загрузки сырья, равен диаметру последнега.

При этом угол между окном для загрузки сырья и окном для выгрузки сырья определяется па формуле =ассов

0l р ь1по созс . sire Ы

Я-г

1 где 3д — средняя толщина объекта замораживания, измеренная в теплом состоянии;

Ь вЂ” высота камеры; с — угол наклона камеры к горизонтали; и — радиус камеры;

2r — диаметр окан для загрузки и выгрузки сырья при условии, что

"- " С г(-=

Ъ

Камера для хладагента =íàáæåíà автоматическим регулятором уровня.

Кроме того, устройства снабжено эластичным рукавом, обеспечивающим соединение окна для выгрузки с кон тейнером для сбора замораже- ых объ-ектов.

Устройство мажет быть снабжено установленными B окне для выгрузки

1065663 сырья шиберной задвижкой и сигнализатором наполнения контейнера для сбора замороженных объектов, выполненным в виде подпружиненной заслонки со счетчиком.

На Фиг. 1 изображено устройство, 5 продольный разрез; на фиг. 2 — то же, ви сверху; на Фиг. 3 — разрез

A-A на фиг. 2.

Устройство содержит размещенную под углом к горизонтали камеру для криогенной жидкости (преимущественно для жидкого азота), которая состоит иэ коаксиально расположенных обечаек 1 и 2, соединенных в нижней части кольцевым днищем 3 и снаб-. женных теплоиэоляцией 4. Сквозь отверстие в кольцевом днище 3 внутри обечайки 2 проходит вал 5, установленный на подшипниках 6, размещенных в теплой зоне в корпусе 7.

Для уменьшения конвективного теплоподвода зазор между валом 5 и корпусом 7 заполнен теплоизоляцией 8, на конце вала 5 установлен также сальник 9. Вал 5 соединен с крыльчаткой 10, которая. имеет лопасти 11 с ободом 12. Вращение вала 5 и связанной с ним крыпьчатки 10 с лопастями 11 и ободом 12, образующих механизм перемещения замораживаемых объектов, осуществляется электродви- З0 гателем 13 с редуктором через цепную передачу. Для выгрузки замороженных объектов служит размещенное в верхней части днища окно 14, соединенное трубой 15 с контейнером 16, 35 который при необходимости может находиться в сосуде 17 с жидким азотом.

Избыток паров азота удаляется

IIpH помощи вытяжного вентиляционно- 40

ro короба 18. Контейнер 16 соединен с трубой 15 через шиберную заслонку 19 при помощи эластичного рукава 20, выполненного из плотной ткани типа брезента. Наполнение контей- 45 нера 16 контролируется с помощью электромеханического счетчика 21, соединенного с поворотной подпружиненной заслонкой 22.

Съемная теплоизолированная крышка 23 имеет загрузочное окно 24 и установлена с возможностью поворота вокруг оси камеры для того, чтобы обеспечить погружение .объекта замораживания в жидкий азот на половину его толщины, измеренной в теплом состоянии. Такое погружение объекта создает оптимальные условия для замо. раживания. При этом угол между загрузочным окном и окном для выгрузки ,определяется по Формуле 60 = arc со Э ь

8111CLCO5pL Si A C

Я- т

65 где 2а—

2г.— средняя толщина объекта замораживания, полученная в теплом состоянии; высота камеры; угол наклона камеры к горизонтали; радиус камеры; диаметр окон для загрузки и выгрузки при условии а4ьcosg, /4arcty

Ь

2(й-r )

К загрузочному окну 24 подсоединен наклонный желоб 25, по которому осуществляется подача замораживаемых объектов с места извлечения эндокринно-ферментного сырья иэ туши животного. Загрузочное окно. 24 снабжено поворотным направляющим лотком 26, закрепленным шарнирно таким образом, что при прохождении под ним лопасти крыльчатки 10 механизма перемещения лоток 26 постепенно отклоняется на определенный угол, благодаря чему обеспечивается попадание падающего объекта замораживания только в ячейку между лопастями 11. Когда последующая лопасть подходит к переднему (по ходу вращения) краю загрузочного окна 24, лоток 26 выходит из зацепления с предыдущей лопастью и под действием силы тяжести занимает вертикальное положение, Шаг лопастей 11 на радиусе центра загрузочного окна 24 равен его диа метру,а длина направляющего лотка 26 и точка его подвеса расчитаны таким образом, чтобы лоток 26 направлял подаваемое сырье только в ячейку между лопастями 11, исключая попадание его на их ребра.

Для поддержания постоянным уровня азота в камере на крышке 23 установлен автоматический регулятор 27 подачи азота поплавкового типа, обеспечивающий поступление жидкости из трубопровода 28 в камеру и предотвращающий переполнение его выше уровня окна 14 для выгрузки, Для сигнализации об отсутствии азота в сосуде предусмотрен датчик 29 конденсационного типа.

Для того, чтобы обеспечить оптимальный режим замораживания и минимальный расход азота путем использования охлаждения в парах, замораживание целесообразно начинать путЕм частичного погружения объекта в жид-, кий азот. При этом выступающая над жидкостью часть объекта интенсивно охлаждается парами азота. Для дости" жения указанного эффекта угол наклона обечаек 1 и 2 к горизонтали и уровень азота над днищем 3 выбраны таким образом, чтобы толщина азота под загрузочным QKHQM 24 была равна. половине средней толщины замораживаел > 106.5663 мого объекта,.- измеренной в теплом состоянии.

Устройство работает следующим образом.

При включенном приводе 13 механизма перемещения камеру заполняют жидким азотом из стационарного резервуара, соединенного с трубопроводом 28, Уровень азота поддерживается автоматически с помощью поплавкового регулятора 27, который настроен таким 1О образом, что подача азота по трубопроводу 28 пре-cpatttaeTся как только уровень поднимается до нижнего среза с>кна 14 для вьпрузки.

Замораживаемый объект, например поджелудочную железу, по наклонному желобу 25 через загрузочное окно 24> размещенное под определенным углом к окну для выгрузки, поштучно подают на дно 3 камеры и частично {примерно до половины) погружают в жидкий азот, При этом направляющий лоток

26 обеспечивает попадание объекта охлаждения в Ячейку, образованную двумя соседними лопастями 11 и ободом 12, Увлекаемая лопастями 11 поджелудочная железа скользит по кольцевому днищу 3 камеры, погружаясь все больше в жидкий азот, а после прохожде— ния самой нижней точки постепенно поднимается, а затем падает через окно 14 для выгруз"-.н, трубу 15 в контейнер .6,. Скорость вращения механизма перемещения,лопастей) OnpegBTIЯЕ CH HO "I0.:tr, =;=-. ВDЕМЕНИ, Heобко33 димо.. о дл-, полно о замораживания

o6 e;(T а . ОI t v> „"ен кот Q B жидкий азотт .;.Онтейнеа 1= .может быть снабжен теплои=îoëяцией кли пс.:;ещен H широко4п горлый транспортны. сосуд — хранилище с >ки,цким аэ ОтОМ; ЕСЛИ НЕОбходИМО хранение при a=-сткой ем1-;ературе:

Степень H:.HОлнения ко& .тейнсра

Определяют пО ПОказ аниям электрОме ханического счетчика „;t, которь|й 4

OT C ИтЫВ Е t ЧИТАЛО CO =-::Р =а г; "Ч а з ",, Р a С—лон к I 2 2 „)1з бытoR IIPpo аз От а устрОйства oTBo è т Н по вентиляцион

НОму кОробу 9, "cтройствО рабОтает в полуавтоматичe;.Ror t;çest „".Ie, 3агруз — 5О ка сырья ведется ..: бочим„спускающим его пош Аучно в приемник трубы 25 ср азу по;-ле из влез е н и я и з туши живо ,ного, Вручную осуществляется также смена контейнеров 16 по световому и -e звуковому сигчалам электромеханического счетчика, Все остальные Операции пО 3 амОраживанию прОи 3 вОдят; я автоматически. 13клю .ен:.е устрсйст, B

ОСУЩествлЯется с пУльта 30 .управле ния, Предусмотрена сигнализация с помощью датчика 20 о снижении уровня азота в сосуде ниже допустимого. Шиберная задвижка 19 позволяет сменить контейнер 16 вместе с сосудом 17, не останавливая устройство. При вдви нутой задвижке несколько объектов, замороженных за время смены контейне ра могут на ней временно разместить ся, при этом исключается попадание паров азота в помещение. Этой цели также служит эластичный рукав 20.

Предлагаемое устройство позволяет наиболее экономно расходовать жидкий азот на замораживание, Это обесп чивается тем, что уровень азота в камере постоянный, ее стенки охлаждаются только при первоначальном заполнении и в дальнейшем не подвержены циклическому нагреву и охлаждению. Крыльчатка и лопасти механизма перемещения находятся все время в нижней части камеры и их температура постоянна, Теплый объект погружается в жидкий азот первоначально на небольшую глубину, что позволяет ему приобрести плоскую форму еще до того, как поверхность станет твердой в процес— се замораживания, что особенно важно для плотной упаковки замороженной продукции в транспортной таре. Кроме того, при этом часть Объекта замо раживания, выступающая над уровнем жидкости,- охлаждается парами хладагента, Обеспечивая его экономию.

Последовательное движение эамораживаемых объектов осуществляется путем скольжения по полированному кольцевому днищу 3 под действием лопастей механизма перемещения, При этом исключается перекатызание и падение замороженного. сырья на твер— дук поверхность, а следовательно, исключается и et o механическое раз— рушение„ что повышает качество продукции. Одновременно достигается высОкая скорОсть Охлаждения сырья, что при замораживании подкелудочной железы может обеспечить увеличение выхоца инсулина = на 30%.

Разборность конструкции {легкосъемная крышка), отсутствие труднодоступных мест облегчает мойку и санитарную обработку устройства, а размещение подшипников 6 вала 5 механизма перемещения в теплой зоне повькаагт надежность устройства, 1065663

Эаказ 11023/40

Тираж 520 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,, Г-35, Раушская наб., д. 4/5

Составитель Н. Эамляк

Редактор В. Иванова Техред C. Мигунова Корректор А.Ференц

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная, 4