Устройство для криогенного замораживания биологических объектов Советский патент 1984 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к устройствам для криогенного замораживания биологических объектов, преимущественно эндокринно-ферментного сырья.

Известно устройство для замораживания эндокринного сырьЯ; включающее теплоизолированную камеру,выполненную в виде барабана, установленного с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, на внутренней поведэхности которого укреплены лопасти , Устройство снабжено подводящими и отводящими органами (транспортерами для загрузки и лотками для выгрузки)J которые примыкают к камере fl3

Недостатками данного устройства являются примерзание сырья к транспортеру, его низкая надежность, большой расход хладагента..

Известно также устройство для криогенного замораживания биологических объектов, содержащее теплой- золированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырьяJ, размещенный в камере механиз перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних С23

Недостатком данного устройства является также невозможность управления продессом замораживания с тачки зрения придания наибольшей, компактностги объектам., которые в данком устройстве могут замерзать в самой произвольной: форме, что снижает возможкссгь вло-сиой укладки замороженного Cijp&s в упаковочную .тару ,для кааненйл и транспортировки.

При 5еремещеаий замороженных объектов в верхнкко течку происходит их перекативаяке мансцу соседними лопастям-к и падение на разгрузочный лоток, прЕШодш ее к механическому paspybaeaiee (расгразкиванию и частич ному яр й-явиию5 сырь Яр что не допускае1гся ГОС1- 112 8573с Кроме того, ме.п«(ие с5ТЕсолов1агиес;я частички сырья могут скаггл-иваться в узких местах устройства и в отверстиях перфораци лопастей барабана.; забивать их, а очистка у йОйка и санитарная обработка 6ag a6aHa затр янены, так как кокс: ;р«кцйя его неразборная и доступ н внутренней понерхности барабана вс.зможея только через боковые Ъкна;. для чего необходим демонтаж загрузочйо-разгруэочных устройств, уплотнительных элег юнтов и подшипников „

Иедостагком является также то обстоятельство, что газообразный холодный азот может вьаходить из барабана только через загрузочно-разгрузочиые устройства в его торцах. Это приводит к.значительному и.интесивному охлакодению поддерживаквдих

уплотнительные элементы подшипников, а следовательно, к ухудшению их работы. Для замораживания сырья пары азота совершенно не используются,

Цепью изобретения является повышение качества замороженных биологических объектов и снижение расхода криогенной жидкости.

Поставленная цель достигается те1и, что в устройстве для криогенного замораживания биологических объектов, содержащем теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размегценный в камере механизм перемещения объектов замораживания и смен.ный контейнер для сбора последних, камера расположена под углом к горизонтали и состоит из двух коаксиальных обечаек, соединенных в .нижней части кольцевым дницем с отверстием, сквозь отверстие и внутреннюю обечайку в камеру введен вал механизма перемещения объектов замораживания, выполненного в виде крыльчатки с радиальными лопастями и ободом, окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоизолированной крлике камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком, установленным с возможностью поочере цного зацепления с лопастями крыльчатки механизма перемещения,, шаг которых, измеряемый по окружнсхзти с радиусом, равным расстоянию от центра крыльчатки до центра окна для загрузки сырья, равен диаметру последнего,

При этом угол между окном для загрузки сырья и окном для выгрузки сырья определяется по формуле

/Ь м15

{ sinotcosci sin d

2o( - средняя толщина объекта замораживания, измеренная в теплом состоянии

Ъ - высота камеры;

о1 - . угол наклона к горизонтали;

.R - радиус камеры;

2г - диаметр окон для загрузки и выгрузки сырья при условии, что

oi bcosoi; ci.i(

Камера для хладагента снабжена автоматическим регулятором уровня

Кроме того, устройство снабжено эластичным рукавом, обеспечиваквдим соединение окна для выгрузки с контейнером для сбора замороженных объектов.

Устройство может быть снабжено установленными в окне для выгрузки

ырья шиберной задвижкой и сигналиатором наполнения контейнера для бора замороженных объектов, выпбленным в виде подпружиненной засонки со счетчиком.

На фиг. 1 изображено устройство, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, вил сверху; на фиг. 3 - разрез -А на фиг. 2.

Устройство содержит размещенную под углом к горизонтали камеру для криогенной жидкости (преимущественно ля жидкого азота), которая состоит из коаксиально расположенных обечаек 1 и 2, соединенных в нижней части кольцевым днищем 3 и снабт енных теплоизоляцией 4. Сквозь отверстие в кольцевом днище 3 внутри обечайки 2 проходит вал 5, установленный на подшипниках 6, размещенных в теплой зоне в корпусе 7. ля уменьшения конвективного теплоподвода зазор между валом 5 и корпусом 7 заполнен теплоизоляцией 8, на конце вала 5 установлен также сальник 9. Вал 5 соединен с крыльчаткой 10, которая имеет лопасти 11 с ободом 12. Вращение вала 5 и связанной с ним крыльчатки 10 с лопастями 11 и ободом 12, образующих механизм перемещения замораживаемых объектов, осуществляется электродвигателем 13 с редуктором через цепную передачу. Для выгрузки замороженных объектов служит размещенное в верхней части днища окно 14, соеиненное трубой 15 с контейнером 16, который при необходимости может находиться в сосуде 17 с жидким азоте.

Избыток паров азота удаляется при помощи вытяжного вентиляционного короба 18. Контейнер 16 сЬединен с трубой 15 через шиберную заслонку 19 при помощи эластичного рукава 20, выполненного из плотной ткани типа брезента. Наполнение контейнера 16 контролируется с помстдью электромеханического счетчику 21, соединенного с поворотной подпружиненной заслонкой 22.

Съемная теплоизолированная крышка 23 имеет загрузочное окно 24 и установлена с возможностью поворота вокруг оси камеры для того, чтобы обеспечить погружение объекта замораживания в жидкий азот на половину его толщины, измеренной в теплом состоянии. Такое погружение объекта создает оптимальные условия для замораживания. При этом угол между загрузочным окном и окном для выгрузки определяется по формуле

SinoLcosoi. Sin ot р arc COS 2a - средняя толщина объекта заг

мораживания, полученная в

теплом состоянии; Ъ - высота камеры; d - угол наклона камеры к горизонтсши;

R - радиус камеры; 2(1- диаметр окон для загрузки и

выгрузки при условии

aibcos-oC) « е-Т7о-Г

/(К-Г)

к загрузочному окну 24 подсоеди- . нен наклонный желоб 25, по которому осуществляется подача замораживаемых объектов с места извлечения эндокринно-ферментного сырья из туши животного. Загрузочное окно-24 снабжено поворотным направляющим лотком 26, закрепленным шарнирно таким образом, что при прохождении под ним лопасти крыльчатки 10 механизма перемещения лоток 26 постепенно отклоняется на определенный угол, благодаря чему обеспечивается попадание падающего объекта замораживания только в ячейку между лопастями 11, Когда последующая лопасть подходит к переднему {по ходу вращения) краю загрузочного окна 24, лоток 26 выходит из зацепления с предыдущей лопастью и под действием силы тяжести занимает вертикальное положение.

Шаг лопастей 11 на радиусе центра загрузочного окна 24 равен его диаjметру,а длина направляющего лотка 26 jt точка его подвеса расчитаны таким образом, чтобы лоток 26 направлял подаваемое сырье только в ячейку между лопастями 11, исключая попадание его на их ребра.

Для поддержания постоянным уровня азота в камере на крышке 23 установлен автоматический регулятор 27 подачи азота поплавкового типа, обеспечивакмдий поступление жидкости из трубопровода 28 в камеру и предотвращгцощий переполнение его выше уровня окна 14 для выгрузки. Для сигнализации об отсутствии азота в сосуде предусмотрен датчик 29 конденсационного типа.

Для того, чтобы обеспечить оптимальный режим замораживания л минимальный расход азота путем использования охлаждения в парах, замораживание целесообразно начинатьпутем частичного погружения объекта в жидкий азот. При этом выступзиощая над жидкостью часть объекта интенсивно охлаждается парами азота. Для достижения указанного эффекта угол наклона обечаек 1 и 2 к горизонтали и уровень азота над днищем 3 -выбраны таким образом, чтобы толщина азота под загрузочным окном 24 была равна. половине средней толщины замораживавмого объекта; измереняой а -теплом состоянии.

Устройство работает следующим образом.

При включенном приводе 13 механизма перемещения камеру заполняют жидким азотом из стационарного резервуара, соединенного с трубопроводом 28 Уровень азота поддерживается автоматически с помощью поплавкового регулятора 27, который настроен таким образом, что подача азота по трубопроводу 28 прекращается как только уровень поднимается до нижнего среза окна 14 для выгрузки.

Замораживаемый объект,например поджелудочную железу, по наклонному желобу 25 через загрузочное окно 24 размещенное под определенным углом к окну для выгрузки, поштучно подают на дно 3 камеры и частично (примерно до половины) погружают в жидкий азот. При этом направляющий лоток 26 обеспечивает попадание объекта охлаждения в ячейку, образованную двумя соседними лопастями 11 и ободом 12.

Увлекаемая лопастями 11 поджелудочная, железа скользит по кольцевому днищу 3 камеры, погружаясь все больше в жидкий азот, а после прохождения самой нижней точки постепенно поднимается, а затем падает через окно 14 для выгрузки, трубу 15 в контейнер 16, Скорость вращения механизма перемещения (лопастей) определяется исходя из времени, необходимого для полного замораживания объс;Кта.- ,::огруженг:;О1О в жидкий азот.

Контейнер 16 может быть снабжен теплоизоляцией или помещен-в широкогорлый трсшспортный сосуд хранилище с жидким азотоМ; если необходимо хранение при азотной температуре.

Степень наполнения контейнера определяют по показаниям электромеханического счетчика 2 .1 который отсчитьзвает число срабателваний заслок1-;и 22. Избыток паров азота из устройства отвр;;шт,я по вентиляционному коробу 18. Зстрсйство работает в полуавтоматргчесьом режиме,. Загрузка сарья ведется рабочим спускающим его поштучно в приемки ; грубы 25 сразу после извлечения из туши живот 1ого Вручную осуществляется также смен контейнеров 16 по световому и звуковому сигналам электромеханического счетчика Все рстальные операции по замораживанию производятсп автоматически. Включеьпле устрсйст.ва

осуществляется с пульта 30 -управления.

Предусмотрена сигнализация с помощью датчика 20 о снижении уровня азота в сосуде ниже допустимого. Шиберная задвижка 19 позволяет сменить контейнер 16 вместе с сосудом 17, не останавливая, устройство. При вдвинутой задвижке несколько объектов, замороженных за время смены контейнера, могут на ней временно разместиться, при этом исключается попадание паров азота в помещение. Этой цели также служит эластичный рукав 20. Предлагаемое устройство позволяет наиболее экономно расходовать жидкий азот на замораживание. Это обеспчивается тем, что уровень азота в камере постоянный, ее стенки охлаждаются только при первоначальном заполнении и в дальнейшем не подвержены циклическому нагреву и охлаждению. Крыльчатка и лопасти механизма перемещения находятся все время в нижней части камеры и их температура постоянна,

Теплый объект погружается в жидкий азот первоначально на небольшую глубину, что позволяет ему приобреЬти плоскую форму еще до того, как поверхность станет твердой в процессе замораживания, что особенно важно для плотной упаковки замороженной продукции в транспортной таре. Кроме того, при этом часть объекта замораживания, выступающая над уровнем жидкости, охлаждается парами хладагента, обеспечивая его экономию.

Последовательное движение закюраживаемых объектов осуществляется путем скольжения по полированному кольцевому днищу 3 под .действием лопастей механизма перемещения. При этом исключается перекатывание и падение замороженного.сырья на твердую поверхность, а следовательно, исключается и его механическое разрушение, что повышает качество продукции. Одновременно достигается высокая скорость охлаждения сырья, что при замораживании под/келудочной железы может обеспечить увеличение выхода инсулина /- на 30%.

Разборность конструкции (легкосъемная крышка)-, отсутствие труднодоступных мест облегчает мойку и санитарную обработку устройства, а размещение подшипников б вила 5 механизма перемещения в теплой зоне повышает надежность устройства.

KSbim Hou бенти/1яции

Подма

Cblpbfl

/

23

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних, отличающеес я тем, что, с. целью повышения качества замороженных объектов и снижения расхода криогенной Ж1ЩКОСТИ, камера расположена под углом к горизонтали и состоит из двух коаксиальных обечаек, соединенных в нижней части кольцевым днищем с отверстием, сквозь отверстие и внутреннюю обечайку в камеру введен вал механизма перемещения объектов замораживания, выполненного в виде крыльчатки с радиальными лопастями и ободом, окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоизолированной крынке камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком установленным с возможностью поочередного зацепления с лопастями крыльчатки механизма перемещения, шаг которых, измеряемый по окружности с радиусом, равным расстоянию от центра крыльчатки до центра окна для загрузки сырья равен диаметру последнего. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающеес я тем, что угол между окном для загрузки сырья и окном для выгрузки сырья определяется по формуле (,Ь0 R SinoCccJSot fb: иге COS R-r где К - радиус камеры; 2ч- диаметр окон для загрузки и выгрузки сырья; b - высота камеры; oi - угол наклона камеры к горизонтали; 2о( - средн.яя (Л толщина объекта замораживания, измеренная в теплом состоянии, при условии, что Ъ aibcosoi и oiiorct 2(R-r| 3.Устройство по пп. 1 и 2, Од отличающееся тем, что .камера для хладагента снабжена автоел матическим регулятором уровня. О) 4.Устройство по пп. 1-3, о т л ичающеес я тем, что оно снаб05 жено эластичным рукавом, обеспечиОд вающим соединение окна для вЫгрузки сырья с контейнером для сбора замороженных объектов. 5.Устройство по пп. 1-4, о т л ичающеес я тем, что оно снабжено установленными в окне для выгрузки сырья шиберной задвижкой и сигнализатором наполнения контейнера для сбора замороженных объектов, выполненным в виде подпружиненной заслонки со счетчиком.