СПОСОБ РАЗМОРАЖИВАНИЯ ЖИДКИХ МЕДИЦИНСКИХ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И УСТРОЙСТВО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК A61M5/44 A23L3/00 

Изобретение относится к области электротехники и может быть реализовано в практических целях в медицинских, биологических, бытовых устройствах и приборах, например, для размораживания жидких медицинских и пищевых продуктов.

Под размораживанием будем понимать весь процесс нагрева жидких замороженных медицинских и пищевых продуктов (далее продуктов) от начала нагрева, когда продукты находятся в замороженном виде, затем перевод продукта из твердой в жидкую фазу и доведение жидкого продукта до требуемой температуры.

Технические устройства, обеспечивающие размораживание и нагрев компонентов крови, существуют давно. Известны аналоги способов и конструкций устройств, разработанных как в России, так и за рубежом. Рассмотрим некоторые из них.

Известен способ размораживания препаратов крови, в том числе и плазмы крови, включающий погружение пластиковых пакетов с замороженными до температуры -25÷ -30°C и ниже компонентами крови в специальную ванну с водой при заданной температуре до полного оттаивания, причем сначала размораживают пакеты с препаратами крови до температуры 0 ÷ +4°C, о достижении указанной температуры судят по снижению уровня воды в ванне до расчетного значения, определяемого по формуле

Δh=n(V_mn-V_жп)/S,

Δh - заданная величина снижения уровня воды в ванне при оттаивании плазмы, определяемая опытным путем, n - количество пакетов с замороженной плазмой, помещаемых в ванну за один раз, V_mn - объем пакета с замороженной (твердой) плазмой крови, V_жп - объем пакета с оттаявшей (жидкой) плазмой крови, S - площадь ванны, после чего включают таймер на расчетное время доведения температуры пакетов с компонентами крови до 7÷8°C (для получения VIII фактора) или 35÷37°C (для введения больному гемофилией или болезнью Виллибранда) (Патент RU 2280460, МПК С2, 2004 г.).

Известен способ для размораживания медицинских и пищевых продуктов, особенно для глубоко замороженной консервированной плазмы или крови, который обеспечивается как минимум двумя пластиковыми пакетами, содержащими согревающее средство и находящимися с двух сторон от продукта, который необходимо согреть. Кроме того, в этом способе использовано приспособление в виде сжимающего органа, которое действует постоянно на как минимум один пластиковый пакет таким образом, что согревающее средство и, следовательно, медицинский продукт заставляют выполнять еще и качающееся движение (Патент EP 0318924, МПК A1, 1989).

Также известен способ для размораживания и/или нагревания медицинских продуктов, специальных низкозамороженных растворов крови или инъекций, или настоев для последующего переливания, преобразования или проведения инъекций. Изобретенный способ охватывает нагревающие модули, на которых размещается контейнер, содержащий низкозамороженный продукт. Предварительно нагретая эластичная прокладка размещена на контейнере и обеспечивает согревательный процесс для контейнера. Температура нагрева контролируется с помощью температурного датчика, и нагрев прекращается при достижении требуемой температуры (Публикация WO 0204052, МПК A1, 2002 г.).

Известно устройство для размораживания плазмы крови, включающее специальную ванну с рабочей жидкостью, например дистиллированной водой, нагревательное и охлаждающее устройства, датчик температуры и схему управления, а также мешалку с электроприводом, подключенным в исполнительную цепь схемы управления, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком уровня жидкости в ванне, подключенным на вход схемы управления, а ванна снабжена каналами для перетекания жидкости из конца ванны в начало (в отсек, для расположения пакетов с плазмой в шахматном порядке), испаритель охлаждающего устройства и нагревательный элемент расположены непосредственно в ванне, а датчик уровня жидкости размещен в отсеке ванны, отделенном от остального объема ванны вертикальными перегородками и сообщающимися с ванной через соединительное отверстие в нижней части указанного отсека, а в схему управления дополнительно введен таймер (Патент RU 2280460, МПК C2, 2004 г.).

Рассмотренные способы и устройство, обеспечивающие размораживание компонентов, жидких медицинских и других продуктов, в том числе и плазмы крови, позволяют в процессе нагрева обеспечить функциональную сохранность элементов, входящих в эти продукты.

Данные способы и устройство создают условия для разогрева продуктов с помощью теплоносителя (во многих случаях - дистиллированной воды). Так как теплоноситель обладает довольно большим объемом и массой, то для его разогрева и поддержания требуемых температур затрачивается значительная энергия (~1 кВт и более). При таких мощностях использование бортовых и, тем более, автономных источников электроэнергии, обеспечивающих работу размораживателей, невозможно, поэтому все размораживатели такого типа работают только от стационарных электросетей с напряжением 220 В.

Кроме того, между теплоносителем и емкостью с размораживаемым продуктом образуются пустоты, заполняемые воздухом, которые являются дополнительными термоизоляторами, что приводит к дополнительному (неэффективному) расходу электроэнергии. Для их устранения применяются дополнительные устройства, сильно усложняющие конструкцию размораживателя.

Задачей изобретения является разработка способа и создание конструкции размораживателя, не обладающих перечисленными выше недостатками или, по крайней мере, позволяющих добиться снижения этих недостатков.

Чтобы избежать излишнего потребления энергии и непроизводительного расходования ресурса электропривода перемешивателя, его желательно включать, когда размораживаемый продукт начинает таять. До этого момента замороженный продукт представляет собой лед и нет необходимости его перемешивать.

Упрощение конструкции размораживателя, которое не должно сказываться на сохранности элементов, входящих в состав крови, для чего в существующих аналогах использовалась довольно сложная конструкция размораживателя и соответствующая система управления размораживания для поддержания в определенном диапазоне температуры теплоносителя во всем объеме, так как она должна быть достаточно равномерная.

Кроме того, следует учитывать, что, используемые в настоящее время аналогичные размораживатели имеют вследствие больших габаритов сложных систем управления и материалоемкости и высокую стоимость.

Достигаемым при этом техническим результатом является создание на основе предлагаемого способа нового устройства, обеспечивающего сохранность размораживаемых продуктов при существенном снижении потребляемой мощности на единицу размораживаемого продукта, возможность создания малогабаритных, автономных размораживателей, способных работать как от сетевых источников электропитания, так и от бортовых и автономных источников электропитания с низкими рабочими напряжениями, что повышает безопасность эксплуатации таких устройств и создает условия для существенного расширения сферы применения.

Предлагаемый способ размораживания жидких медицинских и пищевых продуктов, в том числе компонентов крови, плазмы крови и пр., находящихся в гибких или твердых емкостях включает в себя контактный нагрев емкости с продуктом источником тепла, перемешивание продукта в процессе нагревания и управление процессом нагревания продукта посредством блока управления, при этом перед нагревом продукта осуществляют вытеснение воздушных пузырей из пространства между источником тепла и емкостью, для чего в качестве источника тепла используют эластичный тканный электронагревательный модуль, которым плотного обертывают емкость с продуктом. Нагрев продукта осуществляют в заданном температурном режиме, при этом текущую температуру через равные промежутки времени измеряют на поверхности емкости, а данные передают в блок управления для обеспечения заданного температурного режима изменения температуры, определяемого по формулам:

;

V_i - скорость изменения температуры от T₁ до T₂ за промежуток времени Δt=Δt_i=t₂-t₁ сравнивается со скоростью изменения температуры за следующий равный промежуток времени V_i+1, причем при нагревании продукта производят перемешивание с момента таяния продукта, то есть когда выполняется условие V_i>V_i+1.

Предлагается устройство, в котором реализован вышеуказанный способ размораживания и/или нагрева замороженных жидких медицинских или пищевых продуктов, которое состоит, как минимум, из одной емкости для размещения продуктов, источника тепла, перемешивателя и блока управления. В качестве теплового источника применен эластичный электронагревательный модуль, которым плотно обернута емкость с продуктом, а для обеспечения равномерности разогрева продукта устройство снабжено приспособлением для перемешивания и блоком контроля и управления процессом размораживания продукта. При V_i>V_i+1 производится включение перемешивателя. Использование предлагаемого устройства позволяет обеспечить достаточно равномерный обогрев емкости с замороженными жидкими медицинскими и пищевыми продуктами без использования посредника-теплоносителя, что позволяет добиться существенного (в ~5 раз) снижения уровня энергозатрат на размораживание и нагрев продуктов, а также добиться существенного упрощения конструкции и уменьшения габаритов размораживателя, расширить сферу применения.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

на фиг.1 показана графическая зависимость изменения температуры на внешней поверхности емкости с продуктом от времени в процессе размораживания;

на фиг.2 представлена конструкция размораживателя;

на фиг.3 и фиг.4 показана конструкция эластичного электронагревательного модуля в развернутом и завернутом виде соответственно.

Предлагаемый способ размораживания жидких медицинских и пищевых продуктов, в том числе компонентов крови, плазмы крови и пр., включает в себя контактный нагрев находящихся в гибких или твердых емкостях продуктов посредством воздействия на них источника тепла, который охватывает емкость с продуктом, при этом в процессе нагревания емкости с продуктом производится перемешивание продукта и управление температурным режимом по мере его нагревания с помощью блока управления. Перед нагреванием емкости с продуктом возникает необходимость вытеснения воздушных пузырей из пространства между емкостью и источником тепла. В данном способе эта задача решается за счет использования в качестве источника тепла эластичного электронагревательного модуля, состоящего, как минимум, из одного эластичного электронагревательного элемента, расположенного в электроизоляционной оболочке, при этом между электронагревательным элементом и электроизоляционной оболочкой со стороны, не обращенной к емкости, расположен теплоизоляционный материал, при этом перемешиватель представляет собой оснащенную приводом и блоком управления подвижную платформу, на которой закреплена емкость с электронагревательным модулем, причем блок управления связан с датчиками температуры, установленными на поверхности эластичного электронагревательного модуля со стороны, обращенной к емкости, электронагревательным элементом и приводом перемешивателя. С помощью эластичного электронагревательного модуля плотно обертывают емкость с продуктом. Также в процессе нагревания емкости производится контроль температурного режима нагрева и скорости изменения температуры на поверхности емкости с продуктом и перемешивание продукта с момента его таяния, а также управление уровнем нагрева. Включение перемешивателя производится при начале падения скорости изменения температур при V_i>V_i+1. Выключение эластичного электронагревательного элемента и перемешивателя происходит при достижении заданной температуры, например включение перемешивателя происходит при V_i+1<13°C/мин, управление уровнем температуры нагрева до Т₃≤38°C (Фиг.1). Температурные параметры, которые контролируются в процессе нагревания, определяются по формуле и включают в себя:

;

V_i - скорость изменения температуры на поверхности емкости за фиксированный промежуток времени Δt=Δt_i;

V_i+1 - скорость изменения температуры на поверхности емкости за следующий равный промежуток времени Δt=Δt_i+1;

V_i>V_i+1 - сравнение скоростей изменения температуры, при возникновении данного условия включается перемешиватель;

Т₃°C - требуемая температура нагрева продукта, при достижении которой происходит отключение размораживателя.

Устройство, в котором реализован указанный выше способ для размораживания медицинских и пищевых продуктов (Фиг.2), состоит из эластичного электронагревательного модуля (1), которым плотно обернута гибкая или жесткая емкость (2) с продуктом. Емкость расположена и закреплена на платформе перемешивателя (3), которая имеет возможность покачиваться на оси вращения (4), находящейся на опорах (5) основания корпуса размораживателя (6). Платформа (3) приводится в движение с помощью электропривода (7) через тяги (8) и шарниры (9). Эластичный электронагревательный модуль (1) (Фиг.4) представляет собой электроизоляционную оболочку (10), в которой размещен эластичный электронагревательный элемент (11), а между ним и электроизоляционной оболочкой (10) со стороны, противоположной размещению емкости (2), расположен теплоизоляционный материал (12), а со стороны емкости (2) имеется только эластичный электронагревательный элемент (11) и электроизоляционная оболочка (10). С целью удаления воздушных пузырей емкость (2) плотно обернута эластичным электронагревательным модулем (1). Как вариант эластичный электронагревательный модуль (1) в развернутом виде (Фиг.3) может быть выполнен прямоугольной формы с боковыми клапанами (13) с застежками (14) в виде липучек. На внутренней поверхности эластичного электронагревательного модуля (1) установлен датчик (15), обеспечивающий контроль температуры, соединенный электропроводами с блоком управления (16), посредством которого осуществляется управление режимами работы эластичного электронагревательного элемента (11) и электропривода (7) перемешивателя (17). Блок управления (16), эластичный электронагревательный элемент (11), электропривод (7) перемешивателя с помощью электрических проводов (18) и разъема (19) подсоединены к стационарному или мобильному источнику электропитания (на фиг. не показан). С целью обеспечения более высокой гигиеничности пространство между платформой и основанием корпуса покрывается чехлом (на фиг. не показан). В качестве эластичного электронагревательного элемента (11) может быть использован один из вариантов конструктивного исполнения нагревательного элемента: тканый, вязаный, проволочный или на основе синтетической пленки.

Работа устройства происходит следующим образом: берется гибкая или жесткая емкость (2), в которой находится замороженный жидкий медицинский или пищевой продукт, плотно обертывается эластичным электронагревательным модулем (1), на внутренней поверхности которого находится датчик температуры (15). Эластичный электронагревательный модуль (1) при установке на подвижной платформе (3) перемешивателя (17) на емкости фиксируется застежками (14). Размораживатель подключен к источнику электроэнергии посредством проводов (18) и разъема (19). Включение производится с помощью блока управления (16). После включения начинается нагрев эластичного электронагревательного элемента (11). При падении скорости изменения температуры на поверхности емкости с продуктом (2), а это происходит при таянии продукта, блок управления (16) вырабатывает сигнал и включает электропривод (7) перемешивателя. Эластичный электронагревательный элемент (11) и электропривод (7) перемешивателя работают до достижения заданной температуры на поверхности емкости (2) с размораживаемым/нагреваемым продуктом. При достижении заданной температуры блок управления (16) вырабатывает сигнал и производит выключение эластичного электронагревательного элемента (11) и электропривода (7) перемешивателя. При наличии индикатора температуры возможно ручное управление размораживателем.

Изобретение относится к области электротехники и может быть реализовано в практических целях в медицинских, биологических, бытовых устройствах и приборах, например, для размораживания и/или нагрева жидких медицинских и пищевых продуктов. Способ размораживания и/или нагрева жидких медицинских и пищевых продуктов, в том числе компонентов крови, плазмы крови и пр., находящихся в гибких или твердых емкостях, предусматривает контактное воздействие теплового источника на продукты за счет использования в качестве источника тепла эластичного электронагревательного модуля, которым плотно обертывают емкость с продуктом. При этом в процессе нагревания производится перемешивание находящегося в емкости продукта с момента таяния. Эффективность нагревательного модуля повышается за счет вытеснения воздушных пузырей из пространства между емкостью и источником тепла плотным обертыванием емкости эластичным электронагревательным модулем. В процессе осуществляется контроль и управление процессом размораживания продукта. При уменьшении скорости изменения/роста температуры V_i>V_i+1 производится включение перемешивателя. Устройство для реализации способа размораживания и/или нагрева замороженных жидких медицинских или пищевых продуктов состоит, как минимум, из одной емкости с продуктом, источника тепла, перемешивателя и блока управления. В качестве теплового источника применен эластичный электронагревательный модуль, состоящий из эластичного электронагревательного элемента, расположенного в электроизоляционной оболочке. Перемешиватель представляет собой оснащенную приводом и блоком управления платформу, на которой закреплена емкость с электронагревательным модулем. Предлагаемое устройство и способ позволяют обеспечить достаточно равномерный обогрев при непосредственном контакте с замороженными жидкими медицинскими и пищевыми продуктами без использования посредника-теплоносителя, обеспечить сохранность размораживаемых продуктов при существенном снижении потребляемой мощности на единицу размораживаемого продукта, возможность создания малогабаритных, автономных размораживателей, способных работать как от сетевых источников электропитания, так и от бортовых и автономных источников электропитания с низкими рабочими напряжениями, что повышает безопасность эксплуатации таких устройств и создает условия для существенного расширения сферы применения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ размораживания и/или нагрева медицинских и пищевых продуктов, находящихся в гибких или твердых емкостях, включающий в себя контактный нагрев емкости с продуктом источником тепла, перемешивание продукта в процессе нагревания и управление процессом нагревания продукта посредством блока управления, отличающийся тем, что перед нагревом продукта осуществляют вытеснение воздушных пузырей из пространства между источником тепла и емкостью, для чего в качестве источника тепла используют эластичный тканный электронагревательный модуль, которым плотного обертывают емкость с продуктом, а нагрев продукта осуществляют в заданном температурном режиме, при этом текущую температуру через равные промежутки времени измеряют на поверхности емкости, а данные передают в блок управления для обеспечения заданного температурного режима изменения температуры, определяемого по формулам:
$$V_i=\frac{\Delta T_i}{\Delta t_i}=\frac{T_2-T_1}{(t_1+\Delta t)-t_1}=\frac{T_2-T_1}{t_2-t_1}$$ ;
V_i - скорость изменения температуры от T₁ до Т₂ за промежуток времени Δt=Δt_i=t₂-t₁ сравнивается со скоростью изменения температуры за следующий равный промежуток времени V_i+1, причем при нагревании продукта производят перемешивание с момента таяния продукта, то есть когда выполняется условие V_i>V_i+1.

2. Устройство для размораживания и/или нагрева медицинских или пищевых жидких продуктов, содержащее емкость для размещения продуктов, источник тепла для контактного обогрева, перемешиватель и блок управления, отличающееся тем, что емкость с продуктом плотно обернута со всех сторон источником тепла, который выполнен в виде эластичного электронагревательного модуля, состоящего как минимум из одного эластичного электронагревательного элемента, расположенного в электроизоляционной оболочке, при этом между электронагревательным элементом и электроизоляционной оболочкой со стороны, не обращенной к емкости, расположен теплоизоляционный материал, при этом перемешиватель представляет собой оснащенную приводом и блоком управления подвижную платформу, на которой закреплена емкость с электронагревательным модулем, причем блок управления связан с датчиками температуры, установленными на поверхности эластичного электронагревательного модуля со стороны, обращенной к емкости, электронагревательным элементом и приводом перемешивателя.

3. Устройство по п.2 отличающееся тем, что в качестве эластичного электронагревательного элемента использован тканый или вязаный электронагреватель.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве эластичного электронагревательного элемента использован электронагреватель на основе синтетической пленки.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве эластичного электронагревательного элемента использован электронагреватель на основе проволоки.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве привода подвижной платформы использован электромотор с редуктором.

7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве приводного устройства подвижной платформы использовано втягивающее реле.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве источника тепла использованы два и более эластичных электронагревательных модулей.

9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что с целью обеспечения более высокой гигиеничности пространство между платформой и основанием корпуса покрывается гидро- и электроизоляционным чехлом.

10. Устройство по п.2, отличающееся тем, что привод приводит в движение платформу с помощью тяги и шарниров.