МОРОЗИЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2016 года по МПК F25D3/00 

Область техники

[0001] Изобретение относится к морозильному аппарату, который замораживает объект, подлежащий замораживанию, используя замораживающую среду.

Уровень техники

[0002] Известен использовавшийся ранее в качестве технологии замораживания объекта, подлежащего замораживанию с применением замораживающей среды, именуемой рассолом, способ жидкого замораживания, в котором для замораживания объекта использовалась замораживающая среда, например с температурой от -20°C до -35°C. Более конкретно, в качестве примера способа жидкого замораживания можно указать известный метод, в котором используются герметичные пакеты с помещенной в них замораживающей средой (рассолом), причем объект, подлежащий замораживанию, помещают, для его замораживания, между пакетами с рассолом (см., например, JP 2005192533 А).

Раскрытие изобретения

[0003] (Техническая проблема)

[0004] Согласно описанной технологии замораживания с применением замораживающей среды объект, подлежащий замораживанию, может быть заморожен при использовании замораживающей среды, имеющей более высокую теплопроводность, чем у газа. Таким образом, в отличие от способа замораживания объекта, подлежащего замораживанию, обдувкой (способа замораживания обдувкой воздухом), температурный интервал (от 0°C до -5°C), соответствующий наиболее интенсивному образованию кристаллов льда, может быть пройден за самое короткое, насколько это возможно, время. Как следствие, посредством технологии замораживания с применением замораживающей среды объект, подлежащий замораживанию, может быть заморожен без повреждения клеточной структуры или растрескивания. Таким образом, описанный способ жидкого замораживания использовался как предпочтительный при замораживании пищевых продуктов, таких как мясо или рыба.

[0005] В последние годы существует потребность в эффективном замораживании различных объектов в областях, отличных от пищевой промышленности. Так, в области медицины требуется эффективное замораживание различных объектов, например крови, клеток кожи, индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (induced pluripotent stem cells, далее iPS-клетки) и др. Соответственно, способ замораживания с применением замораживающей среды в качестве технологии замораживания подобных объектов привлекает все больше внимания.

[0006] Однако морозильные аппараты описанного типа, т.е. использующие замораживающую среду, разрабатывались ранее преимущественно для замораживания пищевых продуктов. Как следствие, в условиях растущей диверсификации подлежащих замораживанию объектов и применения замораживания в других областях, например в медицине, в некоторых случаях известные морозильные аппараты неспособны обеспечить эффективное замораживание требуемых объектов. В частности, в области медицины необходимо обеспечивать замораживание в контролируемых условиях как относительно крупных объектов, таких как упаковки крови для переливания (с размерами упаковок от нескольких сантиметров до десятков сантиметров), так и очень малых образцов (с размерами до нескольких миллиметров), таких как образцы клеток кожи или iPS-клеток. Однако с морозильными аппаратами известной конструкции оказалось невозможно осуществлять эффективное замораживание подлежащих замораживанию объектов, различающихся по материалу или по форме, в одном морозильном аппарате.

[0007] Соответственно, изобретение направлено на создание морозильного аппарата, способного, в случае замораживания с применением замораживающей среды, обеспечить эффективное замораживание замораживаемого объекта, подбираемое в зависимости от материала или формы этого объекта.

(Решение проблемы)

[0008] Изобретение обеспечивает решение указанной проблемы. Морозильный аппарат согласно изобретению представляет собой морозильный аппарат, который осуществляет замораживание объекта, подлежащего замораживанию, с применением замораживающей среды и содержит:

первое морозильное пространство и второе морозильное пространство, температуры внутри которых являются регулируемыми, при этом

в первом морозильном пространстве содержатся герметичные пакеты для замораживающей среды с помещенной в них замораживающей средой, а

во втором морозильном пространстве замораживающая среда содержится таким образом, чтобы обеспечить возможность погружения в нее объекта, подлежащего замораживанию.

[0009] В морозильном аппарате согласно изобретению объект, подлежащий замораживанию, может быть заморожен при правильном выборе между способом замораживания указанного объекта путем его помещения между пакетами с замораживающей средой и способом замораживания указанного объекта путем его погружения непосредственно в замораживающую среду или помещения в герметичную упаковку или иную емкость с замораживающей средой. Таким образом, объект, подлежащий замораживанию, может быть эффективно заморожен с учетом его материала или формы. Кроме того, поскольку температура в морозильном пространстве может регулироваться, объект, подлежащий замораживанию, может быть заморожен с применением замораживающей среды в контролируемых температурных условиях.

[0010] Желательно, чтобы в морозильном аппарате согласно изобретению имелись первый ящик, формирующий первое морозильное пространство, и второй ящик, формирующий второе морозильное пространство, что облегчит помещение объекта, подлежащего замораживанию, в первое и второе морозильные пространства и извлечение его из них. В дополнение, такое выполнение позволит предотвратить во время помещения или извлечения объекта, подлежащего замораживанию, повышение температуры в том морозильном пространстве, в котором такое помещение или извлечение указанного объекта не производится.

[0011] Желательно также, чтобы в морозильном аппарате согласно изобретению замораживающая среда, содержащаяся во втором морозильном пространстве, находилась внутри контейнера с крышкой. Тем самым предотвращается случайное вытекание замораживающей среды из морозильного аппарата и устраняется необходимость заполнения замораживающей средой всего второго морозильного пространства. В результате количество используемой замораживающей среды может быть уменьшено. В дополнение, контейнер с крышкой, содержащий замораживающую среду и охлажденный в морозильном аппарате до желательной температуры, можно вынуть из второго морозильного пространства и открыть его крышку, чтобы поместить в него объект, подлежащий замораживанию; это позволит осуществить замораживание данного объекта вне морозильного аппарата. Тем самым может быть предотвращено повышение температуры во втором морозильном пространстве во время помещения или извлечения объекта, подлежащего замораживанию.

[0012] Кроме того, в морозильном аппарате согласно изобретению второй ящик может быть заполнен замораживающей средой. При этом желательно, чтобы он был снабжен средством для предотвращения утечки жидкости, способным предотвратить, при выдвижении второго ящика, выплескивание замораживающей среды на переднюю, по направлению выдвижения, сторону. При таком выполнении, даже если второй ящик непосредственно заполнен замораживающей средой, будет предотвращено выплескивание замораживающей среды в сторону оператора (человека, выдвигающего ящик) под действием усилия, возникающего при выдвижении ящика; это повысит безопасность обращения с аппаратом.

[0013] Далее, в морозильном аппарате согласно изобретению первое морозильное пространство и второе морозильное пространство могут быть расположены непосредственно одно над другим, причем в этом случае желательно, чтобы первое морозильное пространство располагалось над верхней стороной второго морозильного пространства. Это сделает возможным эффективное охлаждение второго морозильного пространства холодным воздухом со стороны первого морозильного пространства и стабилизацию температуры во втором морозильном пространстве. Кроме того, поскольку второе морозильное пространство расположено с нижней стороны первого морозильного пространства, уменьшается вероятность попадания замораживающей среды на оператора в случае ее вытекания из второго морозильного пространства и повышается безопасность работы.

(Достигаемый технический результат)

[0014] Морозильный аппарат согласно изобретению способен обеспечить эффективное замораживание подлежащего замораживанию объекта с применением замораживающей среды, подбираемое в зависимости от материала или формы указанного объекта.

Краткое описание чертежей

[0015] Далее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи, где:

на фиг. 1а иллюстрируется, в перспективном изображении, морозильный аппарат согласно варианту изобретения;

на фиг. 1b иллюстрируется внутренний объем морозильного пространства морозильного аппарата, проиллюстрированного на фиг. 1a;

На фиг. 2 иллюстрируется, в перспективном изображении, морозильный аппарат согласно другому варианту изобретения.

Осуществление изобретения

[0016] Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, будет описан вариант изобретения. Морозильный аппарат 1, проиллюстрированный на фиг. 1a, содержит корпус 5 с окном 3 в его передней стороне и единственную поворотную дверцу 7, которая прикреплена к корпусу 5 с возможностью открывания/закрывания и которая, когда это требуется, закрывает окно 3. Следует отметить, что на форму корпуса 5 и дверцы 7 и на положение окна 3 не накладывается никаких особых ограничений. При этом, с учетом необходимости поддерживать морозильное пространство внутри морозильного аппарата 1 при желательной температуре, корпус 5 и дверца 7 предпочтительно обладают теплоизолирующими свойствами.

[0017] Внутри корпуса 5 морозильного аппарата 1 находятся первый ящик 9, формирующий первое морозильное пространство, и второй ящик 11, формирующий второе морозильное пространство. Следует отметить, что хотя в этом варианте первое морозильное пространство и второе морозильное пространство расположены непосредственно одно над другим, они, альтернативно, могут примыкать одно к другому по горизонтали. В дополнение, количество морозильных пространств не ограничивается двумя, так что может иметься дополнительное морозильное пространство, выполненное соответствующим образом. Кроме того, форма первого и второго морозильных пространств не ограничивается ящиком. Например, возможен вариант, в котором корпус 5 разделен, наподобие полки, перегородками или аналогичными элементами, а его сторона с окном 3 может закрываться дверцей 7.

[0018] Морозильный аппарат 1 содержит охлаждающее средство (не изображено), например, такое как трубка для хладагента или подобный компонент, которая (который) находится в корпусе 5 снаружи каждого ящика и по которому течет хладагент, имеющий заданную температуру. Посредством этого охлаждающего средства осуществляется охлаждение первого ящика 9 и второго ящика 11, причем температура в каждом ящике может регулироваться до желательного значения. Следует отметить, что на регулирование температуры не накладывается никаких специальных ограничений; в частности, температуру можно регулировать изменением температуры и расхода потока хладагента посредством задающего блока 23, содержащего кнопки, сенсорную панель или аналогичные средства для ввода значения желательной температуры, в то время как подтверждение заданной температуры и текущая температура внутреннего пространства или иные данные отображаются на дисплейном блоке 21, показанном на фиг. 1а. Следует отметить, что температурой в первом ящике 9 и температурой во втором ящике 11 можно управлять таким образом, чтобы иметь в них одну и ту же температуру или различные температуры. При этом температуры в первом и втором ящиках 9 и 11 предпочтительно задаются ниже 0°C; однако, чтобы замораживание объекта, подлежащего замораживанию, производилось с приемлемой скоростью, предпочтительны температуры ниже -45°C, более предпочтительно ниже -60°C.

[0019] Когда дверца 7 открыта, первый ящик 9 и второй ящик 11 можно выдвинуть вперед, потянув за ручку 13, имеющуюся на каждом ящике.

[0020] В первом ящике 9 содержатся герметичные пакеты 15 для замораживающей среды с помещенной в них замораживающей средой S. В этом примере в первом ящике 9 пакеты 15 для замораживающей среды расположены в три слоя (на трех уровнях). Температура пакетов 15 для замораживающей среды, содержащихся в первом ящике 9, и замораживающей среды S внутри этих пакетов постепенно приближается к температуре внутри первого ящика 9 и, после достижения данной температуры, поддерживается на этом уровне.

[0021] Пакет 15 для замораживающей среды является, например, пакетом из пластика или иного материала, внутри герметизированного объема которого находится замораживающая среда S. Пакет 15 для замораживающей среды предпочтительно обладает гибкостью, достаточной для того, чтобы он мог изменять свою форму в соответствии с наружной формой объекта, подлежащего замораживанию, и высокой теплопроводностью. При этом размер пакета 15 для замораживающей среды не ограничен значениями, близкими к ширине нижней внутренней поверхности первого ящика 9 (как это проиллюстрировано на фиг. 1b), а может иметь любое значение. В качестве пакета 15 для замораживающей среды может использоваться пакет для рассола, описанный, например, в JP 2005192533 А.

[0022] Во втором ящике 11 замораживающая среда S содержится таким образом, что в нее может быть погружен объект, подлежащий замораживанию. В этом примере во втором ящике 11 замораживающая среда S содержится в контейнере 17 с крышкой. Температуры помещенного во второй ящик 11 контейнера 17 с крышкой и замораживающей среды S, находящейся внутри этого контейнера, постепенно приближаются к температуре внутри второго ящика и, после достижения данной температуры, поддерживаются на этом уровне. Следует отметить, что на форму контейнера 17 с крышкой не накладывается специальных ограничений и он может иметь цилиндрическую форму, как это проиллюстрировано на фиг. 1b. При этом контейнер 17 с крышкой предпочтительно изготавливается из металла с отличной теплопроводностью; для применений в низкотемпературных условиях наиболее предпочтительно использовать нержавеющую сталь.

[0023] На объект, подлежащий замораживанию, не накладывается специальных ограничений; в качестве примера, такими объектами могут являться пищевые продукты, например мясо и рыба, органы, ткани, кровь, культуры клеток, культуры тканей, продукты крови или других жидкостей животных и людей.

[0024] На замораживающую среду S не накладываются какие-либо ограничения за исключением того, что в используемом интервале температур она должна находиться в жидком состоянии; ею может быть, например, этиловый спирт или метилбутан.

[0025] При использовании морозильного аппарата 1, имеющего описанную конфигурацию, сначала пакет 15 для замораживающей среды и контейнер 17 с крышкой помещают на заданный период времени соответственно в первый ящик 9 и во второй ящик 11 с температурой, отрегулированной до соответствующего желательного значения, так что они охлаждаются до достижения ими желательных температур. Затем, когда потребуется заморозить определенный объект, в зависимости от материала, формы или других параметров объекта, подлежащего замораживанию, выбирают либо способ, согласно которому объект, подлежащий замораживанию, помещают между пакетами 15 для замораживающей среды, находящимися в первом ящике 9, либо способ, согласно которому объект, подлежащий замораживанию, погружают в замораживающую среду S, содержащуюся во втором ящике 11. Например, если объект, подлежащий замораживанию, имеет поверхность большой площади, может быть выбран способ, согласно которому данный объект помещают между пакетами 15 для замораживающей среды в первом ящике 9. С другой стороны, если площадь поверхности объекта является относительно малой, может быть выбран способ, согласно которому контейнер 17 с крышкой вынимают из второго ящика 11 и открывают крышку, чтобы погрузить объект, подлежащий замораживанию, в замораживающую среду S, а после того как этот объект будет заморожен, контейнер 17 с крышкой возвращают в ящик 11. Другими возможными критериями для выбора способа замораживания являются, например, наличие у объекта, подлежащего замораживанию, поверхности, свободной от неровностей, и достаточно большой зоны, способной контактировать с пакетом 15 для замораживающей среды. В этом случае объект, подлежащий замораживанию, помещают между пакетами 15 для замораживающей среды. С другой стороны, если объект, подлежащий замораживанию, имеет неровную поверхность, его погружают в замораживающую среду S. Согласно еще одному критерию выбора способа замораживания, если объект, подлежащий замораживанию, является тонким и крупным, таким как упаковка крови для переливания, объект, подлежащий замораживанию, помещают между пакетами 15 для замораживающей среды; если же объект, подлежащий замораживанию, является небольшим сохраняющим контейнером или контейнером для культур, содержащим образцы различных клеток, например iPS-клеток, его погружают в замораживающую среду S.

[0026] Таким образом, при использовании морозильного аппарата 1 по данному варианту способ замораживания выбирают в зависимости от материала и формы каждого объекта, подлежащего замораживанию, что обеспечивает эффективное замораживание этого объекта с применением замораживающей среды S. При этом используемый способ обеспечивает замораживание посредством контакта с поверхностью жидкости, т.е. с применением замораживающей среды S, которая является жидкостью. В результате объект, подлежащий замораживанию, будет заморожен быстрее, чем в случае способа замораживания посредством контакта с газом, который имеет место в обычных морозильниках. Это позволяет предотвратить разрушение клеток объекта, подлежащего замораживанию. В дополнение, температура в морозильном пространстве может регулироваться, что позволяет проводить замораживание объекта с применением замораживающей среды S в контролируемых температурных условиях. Кроме того, можно определить температуру замораживающей среды S, реально контактирующей с объектом, подлежащим замораживанию, что позволит анализировать температуры, пригодные, например, для замораживания клеток.

[0027] Следует отметить, что в морозильном аппарате 1 по данному варианту первое и второе морозильные пространства выполнены, как ящики 9 и 11 соответственно; тем самым облегчается помещение и извлечение объекта, подлежащего замораживанию. Кроме того, даже если дверца 7 оставлена открытой, морозильное пространство может быть закрытым вплоть до выдвижения ящика 9 или 11, что позволит предотвратить повышение температуры в морозильном пространстве.

[0028] Далее, в морозильном аппарате 1 по данному варианту замораживающая среда S внутри второго ящика 11, формирующего второе морозильное пространство, содержится в контейнере 17 с крышкой, что предотвращает случайное вытекание замораживающей среды S при выдвижении второго ящика 11. При этом, поскольку не требуется заполнять все второе морозильное пространство замораживающей средой S, количество используемой замораживающей среды S может быть уменьшено. В дополнение, замораживание объекта, подлежащего замораживанию, может производиться, когда контейнер 17 с крышкой извлечен из второго ящика 11, формирующего второе морозильное пространство. При этом повышение температуры внутри морозильного пространства может быть предотвращено закрыванием на это время второго ящика 11 и дверцы 7.

[0029] Далее, в морозильном аппарате 1 по данному варианту первый ящик 9, формирующий первое морозильное пространство, и второй ящик 11, формирующий второе морозильное пространство, расположены непосредственно друг над другом, причем первое морозильное пространство расположено над верхней стороной второго морозильного пространства. В результате холодный воздух со стороны первого ящика 9, содержащего плотно уложенные пакеты для замораживающей среды, перетекает во второй ящик 11, способствуя, тем самым, стабилизации температуры в морозильном пространстве. Поскольку второй ящик 11 расположен ниже, контейнер 17 с крышкой может быть легко извлечен, причем, даже если замораживающая среда S вытечет из контейнера 17, вероятность попадания замораживающей среды S на оператора может быть уменьшена, что соответствует повышению безопасности.

[0030] Если объектом, подлежащим замораживанию, является кровь, температура замораживающей среды S предпочтительно составляет от -80°C до -50°C. При таких температурах разрушение клеток не может происходить; кроме того, может быть реализовано более надежное замораживание с приемлемой скоростью.

[0031] Далее, если объект, подлежащий замораживанию, - это кожная ткань, а замораживание осуществляется погружением в замораживающую среду S, температура замораживающей среды S предпочтительно составляет от -50°C до -30°C. При таких температурах разрушение клеток не может происходить; кроме того, может быть реализовано более надежное замораживание с приемлемой скоростью. Если же, в рамках данного варианта, объект, подлежащий замораживанию, замораживается путем его помещения между пакетами 15 для замораживающей среды, температура замораживающей среды S в пакете 15 для замораживающей среды предпочтительно составляет -80°C.

[0032] Далее, при замораживании объекта большой толщины до крайне низких температур в нем могут появиться трещины. Это объясняется тем, что подлежащий замораживанию объект в процессе замораживания расширяется и внутри него генерируется тепло, тогда как его поверхность быстро охлаждается, так что ее температура быстро понижается. В результате внутреннее тепло может вызвать образование трещин. Чтобы избежать подобных трещин, желательно, чтобы температура замораживающей среды S настраивалась в соответствии с толщиной объекта, подлежащего замораживанию. Предпочтительная температура может варьировать в зависимости от компонента объекта, подлежащего замораживанию; например, если толщина замораживаемого объекта превышает 1 см, температура замораживающей среды S задается равной -40°C или более.

[0033] В подобных случаях, если объект, подлежащий замораживанию, является, например, объектом сложной формы, таким как пакет для крови, снабженный трубкой для его подсоединения, желательно, чтобы пакет был помещен в мешок или иную емкость, а замораживание пакета производилось после удаления воздуха, находившегося между ним и мешком (деаэрации). В результате, даже если объект, подлежащий замораживанию, имеет сложную форму, обеспечивается наличие зоны поверхности, находящейся в контакте с замораживающей средой, так что объект, подлежащий замораживанию, может быть заморожен легко и безопасно.

[0034] Следует отметить, что в рамках описанного варианта был проиллюстрирован пример, в котором замораживающая среда S во втором ящике 11 содержится в контейнере 17 с крышкой. Однако замораживающая среда S может быть залита непосредственно во второй ящик 11. В этом случае, как это проиллюстрировано на фиг.2, над верхней частью передней, в направлении открывания, стороны второго ящика 11 предусмотрена крышка 19 в виде плиты, служащая средством предотвращения утечки жидкости, т.е. предотвращающая, при выдвижении второго ящика 11, выплескивание замораживающей среды на переднюю, по направлению выдвижения, сторону.

Промышленная применимость

[0035] Как показано выше, изобретение обеспечивает создание морозильного аппарата, способного обеспечить эффективное замораживание подлежащего замораживанию объекта с применением замораживающей среды, подбираемое в зависимости от материала или формы данного объекта.

Список использованных обозначений

1 Морозильный аппарат

3 Окно

5 Корпус

7 Дверца

9 Первый ящик (формирующий первое морозильное пространство)

11 Второй ящик (формирующий второе морозильное пространство)

13 Ручка

15 Пакет для замораживающей среды

17 Контейнер с крышкой

19 Крышка (средство для предотвращения утечки)

21 Дисплейный блок

23 Задающий блок

S Замораживающая среда

Предложен морозильный аппарат, способный эффективно замораживать подлежащий замораживанию объект с учетом материала или формы этого объекта с применением, в процессе замораживания, замораживающей среды. Морозильный аппарат обеспечивает подобное замораживание с применением замораживающей среды, имеет первое морозильное пространство и второе морозильное пространство, температуры внутри которых можно регулировать. Первое морозильное пространство содержит герметичные пакеты для замораживающей среды с помещенной в них замораживающей средой, а во втором морозильном пространстве замораживающая среда содержится таким образом, чтобы в нее можно было погрузить объект, подлежащий замораживанию. Использование данного изобретения обеспечивает эффективное замораживание объекта, подбираемое в зависимости от материала и температуры. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Морозильный аппарат для замораживания подлежащего замораживанию объекта с использованием замораживающей среды, содержащий:
первый ящик, формирующий первое морозильное пространство, и второй ящик, формирующий второе морозильное пространство, при этом
температуры внутри первого морозильного пространства и второго морозильного пространства являются регулируемыми;
в первом морозильном пространстве содержатся герметичные пакеты для замораживающей среды с помещенной в них замораживающей средой;
во втором морозильном пространстве замораживающая среда, находящаяся в жидком состоянии в используемом интервале температур, содержится таким образом, чтобы обеспечить возможность погружения в нее объекта, подлежащего замораживанию;
второй ящик снабжен средством для предотвращения утечки жидкости, способным предотвратить, при выдвижении второго ящика, выплескивание замораживающей среды на переднюю, по направлению выдвижения, сторону.

2. Аппарат по п. 1, в котором замораживающая среда, содержащаяся во втором морозильном пространстве, находится внутри контейнера с крышкой.

3. Аппарат по п. 1 или 2, в котором:
первое морозильное пространство и второе морозильное пространство расположены непосредственно одно над другим, причем
первое морозильное пространство расположено над верхней стороной второго морозильного пространства.