Устройство для низкотемпературной консервации биопродукта

 

(iù i)4262

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз СоветсиМй

Социалистический

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Зависи Ioe от авт. свидетельства ((2) Заявлено !8.05.7! (21) !6568!4 31-16 (51) М. Кл. А 0 и 1,, 02

F 25(i 31/00

А 611 13/00 с присоединением заявки (32) 11рноритет

Опубликовано 25;03.74. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 22.08.74 государственный KGMNTGT

Совета Министров СССР по делам изооретвний и открытий (53) j Ê 6!2 014 462 .5 (0$$.8) (72) Аьторы изобретения

H. И. Бабенко, А. Д. Беляков, Н. H Логинов, П. М. Медведев и М. В. Красин (71) За я в итель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ

КОНСЕРВАЦИИ БИОПРОДУКТА

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к устройствам для низкотемпературной консервации биопродукта.

Известны устройства для низкотемпературной консервации биопродукта, содержащие камеру замораживания, резервуар жидкого азота, систему регулирования и контроля процесса замораживания и трубопроводы.

Однако в известных устройствах из-за неравномерности распределения хладагснта 10 скорость замораживания всей массы биопродукта неравномерна и часть клеток погибает.

Цель изобретения — повысить процентное содержание жизнеспособного биопродукта н уменьшить расход жидкого азота. 15

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что камера замораживания выполнена в виде ряда герметичных ячеек, соединенных с системой регулирования процесса замораживания при помощи штуцсров с 20 регулируемым сопротивлением, а система регулирования процесса замораживания имеет источник давления, подключенный к резервуару с жидким азотом, и испарптсль, выполненный в виде тонкостенного м<-талличсского 25 сосуда, а на магистрали между испярптслем и камерой замораживания установлен фильтрнакопитсль капель жидкого азота.

Источник давления может быть выполнен в виде нагнетающего устройства с регулпрус- 30 мым числом оборотов электродвигателя, а фильтр-накопитель капель жидкого азота может оыть выполнен в виде сосуда, вход и выход которого разделены псрсгородко." .

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство (разрез), впд спереди; на фпг. 2 — то же, сверху; »а фпг. 3 — устройство, общий вид.

Предлагаемос устройство имсет раму 1 для компоновки и соединений в одно целое всех узлов !i дета7ei, »а которой установлены резервуар 2 жидкого азота, состоящий из ьнутреннсго и наружного сосудов с экранновакуумной тепловой изоляцией между ними и морозильпая кямсря 3, автотрянсформатор 4, вольтметр 5, погенциомстр 6, тумблер 7. Ня крышке рс3срВА ара 2 жидкого иены нагнетятельный штуцер 8, патруоок для выдачи жидкого азота и штуцер 10 для заливки жидкого азота. К штуцеру 8 с Iioмощью шланга 11 подсосдпнсно нагнетающее воздух устройство 12 (например, пылесос с регулируемым числом оборотов электродвигателя), а к патрубку 9 с помощью трубопрово да 13 — испаритель 14. Испаритель 14 выполнен в виде "îíêîñòåííîãî металлического сосуда, поверхность теплообмена и месторасположение которого должны быть таковы, чтобы было обеспечено максимально потребное коnпчccгво холодных паров азота и миппмаль.

420293 ный их нагрев при прохождении по трубопроводу 13 в морозиль ую камеру 3. Для уменьшения габаритов нспаритсль 14 изготовлен из сильфопов. Сверху и испарителю 14 подсоединен трубопровод 15, предназначенный для транспортировки холодных паров азота из испарителя в морозильную камеру.

На трубопроводе 15 установлен фильтр-накопитель 16, выполненный в видс сосуда, вход и выход которого разделены перегородкой 17; назначение фильтра накопителя — предотвращать упос капель жидкого азота из испарителя 14 в морозильную камеру 3. Морозильная камера выполнена в виде двухстенпой коробки, в межстенном пространстве которой имеется тепловая изоляция. Сверху морозильиая камера закрыта крышкой 18 сдвумя стенками и с аналогичной тепловой изоляцией.

Внутри морозильной камеры 3 расположен направляющий секционный аппарат 19 из нескольких герметичных ячеек 20, имеющих самостоятельные регулируемые от нуля до максимума питающие штуцера 21, объединенные общим коллектором 22. Направляющий секционный аппарат 19 с входящими в ячейки

20 регулируемыми штуцерами 21 предназначен для равномерного распределения хладагента (паров жидкого азота) по всем ячейкам 20 и, следовательно, обеспечивается равномерная скорость замораживания всей массы биопродукта. Кроме того, это позволяет в случае необходимости (при неполной загрузке биопродукта) отключать свободные ячейки 20, Количество и размеры ячеек 20 зависят от массы загружаемого биопродукта и размеров контейнеров 23. Коллектор 22 пропущен через отверстие в стенках морозильной камеры 3, герметично с ними сварен, а свободным концом соединен с трубопроводом 15. Холодные пары азота подаются в верхнюю часть ячеек 20, а выходят через отверстия в дне. Между верхней кромкой направляющего секционного аппарата 19 и нижней поверхностью крышки 18 расположен поролоновый мат 24, который обеспечивает герметизацию внутреннего пространства ячеек 20 и морозильной камеры 3.

Мат 24 поджимается винтами 25. Для выброса использованных паров азота на боковой стенке морозильной камеры 3 предусмотрен патрубок 2б.

Установка работает следующим образом.

Регулируемыми штуцсрами 21 настраивают равномерную подачу хладагента в ячейки 20.

Для этого включают нагнетающее устройство

12 (жидкого азота в резервуаре 2 нет), устанавливают по вольтметру 5 с помощью автотрансформатора 4 нужное напряжение электрического тока, а затем последовательно к каждому регулируемому штуцеру 21 подсоединяют соответствующий прибор (например, реометр-индикатор с поворотными диафрагмами), позволяющий определить объемный расход воздуха в данном штуцере 21. По полученным величинам объемного расхода воздуха подстраивают н жиые регулируемые штуце5

65 ры 21 и повторяют эти операции до тех пор, пока нс будет обеспечена равномерная подача воздуха во все ячейки 20. Для большей достоверности устанавливают другое (более низкое) напряжение электрического тока и повторно проверяют равномерность подачи воздуха в ячейки 20. Работа по настройке считается выполненной, если прибор (например, реометр-индикатор) показывает одинаковые величины обьемного расхода воздуха в каждом штуцере 21. В случае наличия меньшего количества биопродукта, подлежащего замораживанию, чем это предусмотрено в устройстве, на регулируемые штуцеры 21 свободных ячеек 20 устанавливают заглушки. При этом необходимо провести новую настройку равномерности подачи хладагента в ячейки 20 аналогичным способом. Когда работы по настройке полностью завершены, в одну из ячеек 20 устанавливают контрольньпI контейнер

23, внутри которого находится холодный спай термопары 27. Свободный конец термопары пропускают через отверстие в нижней части ячейки 20, выводят наружу из морозильной камеры 3 через патрубок 2о и подключают к потенциометру б. Затем в свободные ячейки 20 секционного аппара" à 19 помещают контейнеры 23 с биопродуктом, закрывают сверху поролоновым матом 24, устанавливают крышку 18 и завинчивают ее, уплотняя верхнюю часть морозильной камеры 3. После чего через штуцер 10 заливают жидкий азот в нужном количестве в резервуар 2. Шланг 11 при этом должен быть отсоединен от нагнетательного штуцера 8 для обеспечения выхода испарпвшегося азота, а трубопровод 13 перекрыт вентилем 28. После заливки жидкого азота в резервуар 2 штуцер 10 закрывают, а шланг 11 подсоединяют к нагнетательному штуцеру 8. Включают потенциометр 6 и записывают исходную температуру продукта в контрольном контейнере 23, которая должна быть равна температуре биопродукта, находящегося в других контейнерах 23.

Выполнение последней операции является началом процесса замораживания биопродукта. Далее тумблером 7 включают нагнетающее воздух устройство 12, устанавливают при помощи автотрансформатора 4 по вольтметру

5 нужное напряжение электрического тока и открывается вентиль 28. жидкий азот подвоздействием избыточного давления, созданного нагнетательным устройством 12 в верхнем пространстве резервуара 2, вытесняется через патрубок 9 в трубопровод 13, а потом в испаритель 14. Образовавшиеся вследствие теплообмена с окружающим воздухом холодные пары азота поступают по трубопроводу 15 в коллектор 22, а затем в ячейки 20. Вошедшие в верхней части ячеек 20 холодные пары азота опускаются вниз вдоль боковых поверхностей контейнера, отдавая ему холод. При движении холодных паров азота в ячейках 20 сверху вниз выравнивается скорость замораживания биопродукта по всей высоте контей420293 нера 23, так как верхние слои (более холодные и более тяжелые) стремятся опуститься вниз и вытеснить оттуда более легкие (более теплые) слои. Отработанные пары азота выходят через нижнее отверстие ячеек 20 во внутреннее пространство морозильной камеры

3, а оттуда выбрасываются нарухку по патрубку 26. Поскольку температура отработанных паров азота не на много вьппе температуры входящих рабочих паров азота в ячейки

20, отработанные пары являются своеобразной тепловой изоляцией секционного аппарата 19, обеспечивая малые холодопотери хладагента. Процесс регулирования заданного режима замораживания биопродукта осуществляется вручную по показаниям потенциометра 6. При этом график изменения температуры в зависимости от времени (скорость замораживания) может быть заранее нанесен ня бумажную ленту потенциометра 6 в виде пучка линий. соответствующих заданной программе замораживания. Задача оператора в этом случае заключается в наложении записи потенциометра 6 на одну из вычерченных линий на бумажной ленте. Кроме того. заданный режим замораживания может поддерживаться непосредственно по показаниям температуры на потенциомстре 6 и по секундомеру 29. Скорость замораживания биопродукта зависит от количества холодных паров, подаваемых в ячейки 20 в единицу времени. Количество >ке образовавшихся холодных паров азота зависит в свою очередь от количества поданного на испарение жидкого азота, т. е. от величины избыточного давления в верхнем пространстве резервуара 2 или от скорости вращения двигателя нагнетающего устройства 12. ПОэтому управление режимом замораживания осуществляется путем изменения величины напряжения электрического тока, подаваемого на электродвигатель нагнетающего устройства 12, с помощью автотранспортера 4. В начальный период замораживания биопродуктя величина напряхкения электрического тока будет минимальной. так как скорость замораживания до температуры кристаллизации принимается обычно порядка 1 С в минуту, а с момента начала кристаллизации — максимальной. Процесс замораживания ведут до минимально возможной температуры (порядка минус 180 C). Наличие фильтра-накопителя 16 с перегородкой 17 предотвращает унос капель жидкого азота из испарителя !4 В ячейки 20 и тем самым улучшает условия для равномерного замораживания всей массы биопродукта.

Кроме того, фильтр-накопитель 16 дает дополнительное количество холодных паров азота (благодаря испарениго Отсепарированных

55 капель жидкости), повышая при этом производительность парообразовяния. После завершения по IH01 цикла замораживания по заданной программе нягнстя1ощсс устройство 12 выкл1очястся. Находящийся В испаритсле 14 жидки!1 азот пос.тс исчезновения избыточного

ДЯВЛЕНПЯ, СОЗДЯВЯС 10ГО 11 ЯГПСТЯ!ОНIИМ Х СТР011ством 12, возвращается в резервуар 2. Оставшийся жидкий азот в фильтре-накопителе 16 продолжает испаряться. Хочодные пары. попадая в ячейки 20, поддерживают полученную онсчную температуру биопродукта в период подготовк к его в!!груз!.е. Далее отвинчива1от винты 25. сн»жя1от крьппку 18, вьшимяют поролоповьщ мят 24, достают контейнеры

23 и погружают их В хранилище с жидким азотом д IB длительного хранения.

Для проведения следу1ощего цикла зя !Ораживанпя морозильиую камеру 3, испаритель

14 и фильтр-накопитель 16 необходимо отеплить до температуры окружаю!цей среды.

Отогрев может быть естественным или в случае ускорения путем обдува воздухом с помощью нагнетающего устройства 12 (например, пылесосом 1. Настраивать регулируемые штуцеры 21 перси замораживанием новойпартии биопрогктов нс треб ется. Процесс замораживания и последовател! ность операций необходимо выполнять аналогично.

Предмет изобретения !. Устройство для низкотсмпсратурной консервации бпопиодукта, содержащее камеру замораживания, резервуар жидкого азота, систему регулирования и контроля процесса замора кивания и трубопроводы, о т л и ч а юще е с я тем, что, с целью повьпцения процентного содержания жизнеспособного биопродукта и уменьшения расхода Ж11дкого азота, камера замораживания выполнена в виде ряда герметичнь!х ячеек, соединенных системой регулироваьи1я процесса замораживания при помон!и 1!I yIIepn!! с регулируемым сопротивлением, а система регулирования процесса замораживания имеет источник давления, подкл10ченный к рсзсрвуяоу с жидким азотом, и испаритель, выполненный в виде тонкостенного металлического сосуда, а пя магистрали между испарителем и камерой замораживания установлен фильтр-накопитель капель жидкого азота.

2. Устройство по и. 1, отл и ч а юще ес я тем, что источник давления выполнен в виде нагнетающего воздух устройства с регулируемым числом оборотов электродвигателя.

3. Устройство по п. 1. о тлич а юще е с я

ТЕЪ1, ЧТО ФИЛЬТР-НЯКОПИТСЛЬ ЯПЕЛЬ ЖИДКОГО азота выполнен в виде сосуда, вход и выход которого ряздслены перегородкой.

420293

Составитель E. Ланцбург

Техред Л Богданова

Редактор Л. Трушина

Корректор Н Торкнна

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1983/15 Изд. М 645 Тираж 565 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 7К-35, Раушская наб., д, 4(5