КРИОГЕННОЕ ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к устройствам криогенной техники - емкостям большого (> 100 л) объема для ранения биологических материалов (компонентов крови, костного мозга и т.п.) при криогенных температурах.

Известно криогенное хранилище (КХ) ХБ-0,5 [Криогенное оборудование, каталог. М. : ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985]. Хранилище представляет собой сосуд цилиндрической формы с объемом заправляемого жидкого азота ≈500 л. Внутри хранилища расположен стеллаж, в котором размещаются контейнеры с замороженными биологическими материалами (компонентами крови). Доступ к контейнерам осуществляется через горловину с крышкой в верхней части сосуда. Для загрузки и извлечения контейнеров используются специальные щипцы. Данное КХ имеет следующие недостатки: контейнеры с биологическим материалом (БМ) хранятся непосредственно в среде криогенной жидкости и, следовательно, при их извлечении имеются дополнительные потери криогенной жидкости на испарение; для обеспечения доступа к объектам хранения, расположенных по всему сечению хранилища, используется горловина большого диаметра близкого к внутреннему диаметру хранилища, что также приводит к увеличению потерь криогенной жидкости за счет теплопритоков через горловину; загрузка БМ в два и более слоя для увеличения объема хранимого БМ не обеспечивает доступ к отдельно взятому объекту хранения, требуемому в данный момент. Таким образом затрудняется более рациональное использование объема хранилища.

Криогенное хранилище по авт.св. СССР N 1271474 представляет собой сосуд цилиндрической формы, контейнеры с БМ внутри сосуда находятся в специальных цилиндрических пеналах (камерах), устанавливаемых в отверстия горизонтальной пластины, равномерно расположенные по концентрическим окружностям. В верхней части сосуда выполнены отверстия для доступа к объектам хранения. Количество отверстий равно количеству указанных концентрических окружностей. Пластина с пеналами поворачивается при помощи выведенного наружу вала. Доступ к объектам хранения осуществляется через ограниченные по площади отверстия в верхней части сосуда. Это КХ позволяет, по сравнению с КХ описанным выше: уменьшить потери на испарение криогенной жидкости при загрузке и извлечении контейнеров; уменьшить потери криогенной жидкости за счет снижения теплопритока через верхнюю часть сосуда; облегчить поиск и извлечение контейнеров.

Криогенное хранилище по авт.св. N 1399617 аналогично рассмотренному и отличается от него дополнительной механизацией процесса загрузки и извлечения контейнеров, что повышает удобство пользования. Механизация обеспечивается использованием телескопической стойки с поворотной балкой и приспособлением для перемещения контейнеров.

Недостатки рассмотренных КХ:
поскольку при загрузке и извлечении объектов хранения открывается доступ к свободной поверхности криогенной жидкости, существуют дополнительные ее потери на испарение;
невозможен доступ к отдельно взятому объекту хранения. Для рационального использования всего объема сосуда (для обеспечения максимальной его загрузки) необходимо расположение объектов хранения как по всему сечению сосуда, так и по его длине, однако при расположении контейнеров с БМ по длине цилиндрических пеналов возможно или их последовательное извлечение от верхнего к находящемуся на дне пенала или извлечение всего пенала с контейнерами;
необходимы дополнительные средства механизации для загрузки и извлечения объектов хранения;
хранение контейнеров с БМ происходит в их непосредственном контакте с криогенной жидкостью, что не всегда желательно.

В криогенном хранилище по авт.св. СССР N 1434219, также представляющем собой сосуд цилиндрической формы, контейнеры с БМ располагаются в неподвижно устанавливаемых в сосуде цилиндрических пеналах (камерах), изолированных от криогенной жидкости и расположенных по концентрическим окружностям. Открытый конец пеналов закрыт поворачиваемой крышкой с отверстиями. Количество отверстий равно количеству упомянутых концентрических окружностей.

В этом КХ устранен недостаток уже рассмотренных КХ связанный с потерями криогенной жидкости на испарение при загрузке и извлечении контейнеров с БМ, а также улучшены условия хранения контейнеров с БМ благодаря отсутствию их непосредственного контакта с криогенной жидкостью.

Однако наличие поворачиваемой крышки большого размера не позволяет существенно уменьшить теплопритоки через верхнюю часть сосуда, поскольку требование по улучшению теплоизоляции крышки вступает в противоречие с требованием по обеспечению ее подвижности.

Для этого КХ также характерны недостатки, связанные с невозможностью доступа к отдельно взятым объектам хранения и необходимостью средств механизации для их загрузки и извлечения.

Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков, а именно: обеспечение рационального использования всего объема сосуда (максимальной его загрузки) с возможностью доступа к отдельно взятому объекту хранения; облегчение доступа к объектам хранения, их загрузка и извлечение без использования дополнительных средств механизации; снижение теплопритоков к криогенной жидкости и ее потерь на испарение.

В предлагаемом криогенном хранилище хранение контейнеров с БМ осуществляется в камерах изолированных от криогенной жидкости, как и в КХ по авт. св. СССР N 1434219. Отличием предлагаемого КХ является расположение входа в горловину камеры на боковой поверхности цилиндрического сосуда, форма камеры, представляющая собой тело вращения, например цилиндр, расположенный в камере с обеспечением зазора между боковой поверхностью камеры и внутренней поверхностью сосуда, и имеющий соосное отверстие цилиндрической формы, и наличие многосекционного поворотного устройства типа барабана.

В предлагаемом КХ, равно как и в КХ рассмотренных выше, используется цилиндрическая форма сосуда, которую можно считать оптимальной с точки зрения технологии изготовления и снижения теплопритоков к единице объема сосуда.

С учетом оказанного совокупность указанных признаков обеспечивает:
минимальное расстояние от наружной поверхности сосуда до располагаемых в камере объектов хранения, равное толщине оболочек сосуда с теплоизоляцией. Благодаря этому облегчается доступ к объектам хранения, упрощается их загрузка и извлечение, не требующая дополнительных средств механизации, это можно делать рукой в специальной перчатке;
расположение объектов хранения по всему сечению камеры (сосуда) в секциях поворотного устройства барабанного типа, которое обеспечивает доступ к любому отдельно взятому объекту хранения;
возможность установки камер в несколько уровней, что требуется для размещения объектов хранения в сосуде по всей его длине для решения задачи рационального использования объема сосуда (максимальной загрузки);
снижение потерь на испарение и теплопритоков к криогенной жидкости в предлагаемом КХ обеспечивается малой суммарной площадью отверстий для доступа к объектам хранения (определяемой размером объекта хранения и количеством отверстий) по отношению к объему хранимого БМ (определяемого объемом камер), при этом в верхней части сосуда отсутствуют крышки и другие подобные устройства, ухудшающие теплоизоляционные свойства сосуда.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема предлагаемого криогенного хранилища; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.

Криогенное хранилище состоит из теплоизолированного сосуда 1, камер 2 с горловиной 3 для доступа к объектам хранения. Внутри камер расположены поворотные устройства барабанного типа 4 с секциями для размещения объектов хранения (контейнеров с БМ) 5. Во время хранения горловины камер закрыты теплоизолированными люками 6. Для заправки КХ жидким азотом используется трубопровод 7. Для дренажа паров жидкого азота используется трубопровод 8.

Предлагаемое КХ используется следующим образом. Перед первой загрузкой КХ контейнерами с БМ производится его заправка жидким азотом через трубопровод 7. Пары азота, образующиеся при этом, отводятся через трубопровод 8. После окончания заправки и захолаживания конструкции КХ осуществляется загрузка предварительно замороженных контейнеров с БМ 5 в секции поворотного устройства барабанного типа 4. Для чего свободная секция устройства вручную (используется специальная перчатка) устанавливается напротив входа в горловину камеры, после чего в эту секцию помещается контейнер с БМ и напротив горловины камеры устанавливается очередная свободная секция для следующего контейнера с БМ. Для идентификации объектов хранения все секции пронумерованы. После окончания загрузки камера закрывается люком 6. Аналогично происходит загрузка камер на других уровнях.

Хранение контейнеров с БМ осуществляется при криогенной температуре, при этом камеры могут находиться или в контакте с криогенной жидкостью, или в газовой среде (после понижения уровня жидкости за счет испарения). После того, как уровень жидкого азота достигает заданной величины, производится дозаправка КХ.

Извлечение контейнеров с БМ производится аналогично загрузке.

Использование: относится к устройствам для длительного хранения биологических материалов, например компонентов крови, костного мозга и т.п.. Сущность изобретения: криогенное хранилище для биологических материалов содержит цилиндрический теплоизолированный сосуд и расположенную внутри него камеру, полость которой изолирована от полости сосуда, горловину для загрузки и извлечения объектов хранения, при этом вход в горловину расположен на боковой поверхности сосуда, камера имеет форму тела вращения, и в камере расположено многосекционное поворотное устройство для размещения биологических материалов. Это позволяет повысить удобство пользования, рациональное использование объема сосуда и снизить потери на испарение криогенной жидкости. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. КРИОГЕННОЕ ХРАНИЛИЩЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее цилиндрический теплоизолированный сосуд и расположенную внутри сосуда камеру, полость которой изолирована от полости сосуда, горловину для загрузки и извлечения объектов хранения, отличающееся тем, что вход в горловину расположен на боковой поверхности сосуда, камера имеет форму тела вращения, и в камере расположено многосекционное поворотное устройство для размещения объектов хранения. 2. Хранилище по п.1, отличающееся тем, что камера имеет форму цилиндра с отверстием цилиндрической формы по оси камеры, совпадающей с осью сосуда. 3. Хранилище по п.1, отличающееся тем, что поворотное устройство выполнено в форме барабана с секциями для размещения объектов хранения. 4. Хранилище по п.1, отличающееся тем, что в сосуде по его длине расположено несколько камер, а на боковой поверхности сосуда расположено соответствующее количество входов в горловину камер.