КРИОГЕННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ БИОПРОДУКТОВ Российский патент 1998 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к использованию низких температур для длительного (многолетнего) хранения биологических материалов.

Известны технические решения, обеспечивающие замораживание и хранение биологических объектов в среде жидкого криоагента или его паров. В этих устройствах используются сообщающиеся между собой сосуды Дьюара, в один из которых помещается сохраняемый материал, а второй является резервной расходной емкостью для криогенной жидкости, откуда она поступает в первый сосуд по мере испарения криоагента [1]. В усовершенствованном варианте установка для криоконсервирования биопродуктов [2] содержит емкость для сжиженного газа, соединенную трубопроводами его подачи с камерами для обрабатываемого материала, причем имеются датчики уровня криоагента и блок управления заправкой камер.

Известны еще более совершенные технологические системы термостатирования, где конденсация образующегося при испарении криогенной жидкости пара происходит за счет дросселирования части потока жидкости [3].

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип) является криогенное устройство для хранения биопродуктов, состоящее из ряда сосудов Дьюара, соединенных переливным трубопроводом через промежуточную криогенную емкость с сосудом-компенсатором для жидкого криоагента и имеющее систему поддержания заданного уровня сжиженного газа по показаниям датчиков-уровнемеров [4].

Недостатком большинства рассмотренных устройств является то, что они представляют собой системы разомкнутого типа, требующие периодической заправки. Их работа связана с безвозвратными потерями постепенно испаряющегося криоагента и накоплением (в случае использования жидкого азота) кислорода в жидкой фазе, что недопустимо по условиям хранения органических материалов. Для избежания последнего требуется производить периодический отогрев системы, связанный с полным сливом жидкости из хранилища, извлечением и переносом объектов хранения во временные термостаты. Все это существенно увеличивает непроизводительные затраты и может привести к повреждению и гибели хранящихся образцов.

Настоящее решение направлено на решение технической задачи, заключающейся в повышении надежности устройства, в создании замкнутой системы хранения биометариалов, способной к длительному функционированию в автономном режиме, не зависящей от внешних поставок криоагента, снабженной автоматической системой управления. Это обеспечивается тем, что резервуары-хранилища оснащены герметично закрывающимися крышками, а линии газосброса из них соединены со сборником-ресивером и рабочей полостью автоматически включаемой криогенной газовой машины, сливная магистраль которой выведена в расположенную под ней промежуточную раздаточную емкость, оснащенную автоматическими системами подъема давления и индивидуальной раздачи криогенной жидкости по резервуарам-хранилищам.

На чертеже схематично изображено криогенное устройство для длительного хранения биопродуктов.

Криогенное устройство содержит резервуары-хранилища 1 и 2 биологических продуктов, оснащенные герметично закрытыми крышками, промежуточную раздаточную емкость 3, газовый ресивер 4, криогенно-газовую машину 5, теплообменник-ожижитель 6, испаритель 7, электроклапаны 8, 9, 10 и 11, датчика 12 давления, указателей 13 и 14 уровня. Ресивер 4, емкости 1 и 2 и ожижитель 6 соединены газовым трубопроводом 15. Ожижитель 6 связан с емкостью 3, расположенной ниже его по уровню, криогенным трубопроводом 16. Емкость 3 сообщается криогенным трубопроводом 17 с резервуарами-хранилищами 1 и 2. (Количество этих резервуаров может быть больше). Криогенно-газовая машина 18, используемая для первоначального заполнения раздаточной емкости 3, через воздухоразделительную ректификационную колонну 19 и вентиль 20 сообщается с сосудом-компенсатором 21, который, в свою очередь, криогенным трубопроводом 22 связан с промежуточной раздаточной емкостью 3. Сосуд-компенсатор 21 снабжен испарителем 23 и вентилем подачи жидкости 24. В криогенном трубопроводе 22 предусмотрен вентиль 25. Датчик 12 давления, криогенно-газовая машина 5, клапаны 8, 9, 10 и 11 и указатели 13 и 14 уровня соединены с системой управления (не показана), в которую заложен алгоритм работы, изложенный ниже.

Система работает следующим образом.

Первоначальным источником поступления жидкого азота в сосуд-компенсатор 21 служит криогенно-газовая машина 18. Она ожижает воздух, поступающий из атмосферы помещения в воздухоразделительную ректификационную колонну 19. Из колонны 19 жидкий азот через открытый вентиль 20 сливается в сосуд-компенсатор 21, а затем, после его заполнения - в расходную емкость 3. Для этого закрывается вентиль 20, открывается вентиль 24, давление в сосуде 21 поднимается и жидкий азот передавливается в расходную емкость 3. После окончания передавливания вентиля 24 и 25 закрываются. Перечисленные операции осуществляются в ручном режиме.

В исходном состоянии емкости 1, 2 и 3 заправлены жидким азотом до максимального уровня, закрыты клапаны 9, 10 и 11, открыт клапан 8.

По мере испарения жидкого азота в емкостях 1, 2 и 3 повышается давление в ресивере 4, что фиксируется датчиком 12. Если давление в ресивере и в емкостях 1, 2 и 3 достигает заранее заданного в системе управления максимального значения, система управления включает криогенно-газовую машину 5, начинается конденсация азота в ожижителе 6, жидкий азот стекает в емкость 3. После снижения давления до заданного минимального значения система управления отключает машину 5.

В случае снижения уровня жидкого азота в емкости 1 (или 2) до минимально допустимого уровня, фиксируемого указателем 13 уровня (или 14), система управления включает машину 5, которая ожижает газообразный азот из ресивера 4 до снижения давления в ресивере до минимального значения, затем машина 5 отключается, закрывается клапан 8, открывается клапан 9 и клапан 11 на емкости 1 (или клапан 10 на емкости 2), жидкий азот поступает на испаритель 7, при его испарении повышается давление в емкости 3, происходит передавливание жидкого азота из емкости 3 в емкость 1 (или 2) до достижения максимально допустимого уровня, фиксируемого указателем 13 (или 14) уровня, затем закрываются клапаны 9 и 11, открывается клапан 8.

Предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами.

В процессе эксплуатации криогенного оборудования не требуется периодического отогрева биохранилищ для удаления жидкого кислорода, накапливающегося в обычных криогенных хранилищах, использующих азот в качестве охлаждающей среды. Это обусловлено тем, что в процессе хранения весь азот, испарившийся из хранилищ, ожижается в криогенном холодильном цикле и возвращается снова в емкости. Вследствие этого не возникает необходимость постоянной подпитки биохранилищ новыми порциями жидкого азота, содержащими жидкий кислород в виде примеси, концентрация которой увеличивается по мере испарения из сосуда жидкого азота и через некоторое время может достичь опасной величины.

Так как резервуары-хранилища не требуют периодического отогрева, то нет необходимости перемещения хранящихся в них биообразцов из отогреваемого сосуда в другой для временного хранения, и соответственно нет опасности неконтролируемого отогрева и загрязнения образцов. В связи с этим, в хранилищах отсутствуют средства для обеспечения биологической чистоты, не производятся трудоемкие работы по переносу биообразцов из одного сосуда в другой, в процессе которых имеется риск их порчи.

Устройство имеет повышенную надежность по показателю стабильности снабжения жидким азотом (то есть для него не существует опасности внезапной приостановки поставки жидкого азота предприятием-поставщиком), так как такое снабжение после первоначального заполнения криогенного оборудования не требуется.

Надежность устройства повышена также, по сравнению с обычным криогенным биохранилищем, за счет наличия резервного источника жидкого азота (на базе установки для получения жидкого азота), который, в случае отказа основного оборудования, обеспечивает поддержание требуемого температурного уровня хранения.

Использование: в криогенной технике. Сущность изобретения: криогенное устройство для длительного хранения биопродуктов содержит резервуары-хранилища с герметично закрывающимися крышками, связанные с общей промежуточной раздаточной емкостью. Устройство содержит автоматически включаемую криогенную газовую машину, автоматическую систему подъема давления и раздачи криогенной жидкости в резервуары-хранилища по показаниям датчиков в каждом из них. 1 ил.

Криогенное устройство для длительного хранения биопродуктов, состоящее из группы резервуаров-хранилищ, включающее сосуд-компенсатор, промежуточную раздаточную емкость и систему распределения криожидкости, отличающееся тем, что резервуары-хранилища оснащены герметично закрывающимися крышками, а линии газосброса из них соединены со сборником-ресивером и рабочей полостью автоматически включаемой криогенной газовой машины, сливная магистраль которой выведена в расположенную под ней промежуточную раздаточную емкость, оснащенную автоматическими системами подъема давления и индивидуальной раздачи криогенной жидкости по резервуарам-хранилищам.