Устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов Советский патент 1984 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к технике низких температур, предназначено для обеспечения криоконсервирования биологических материаловв биологии и медицине.

Известно устройство для низкотемпературного охлаждения и стабилизации температур, содержащее теплоизолированную емкость с жидким хладагентом, камеру охлаждения, трубопровод подачи хладагента, регулирующий орган и систему управления 1.

Недостатком этого устройства является нарушение стерильности камеры, охлаждения ее при подаче в нее хладагента, что приводит к необходимости размещать охлаждаемый биоматериал в специальные герметичные контейнеры. Кроме того, удаленность датчиков температуры от биообъекта обуславливает недостаточную точность регулирования температуры биообъекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов, содержащее теплоизолированную емкость для хладагента, теплообменник объекта охлаждения, трубопровод подачи хладагента в теплообменник объекта охлаждения, регулировочный клапан, установленный на трубопроводе подачи хладагента и содержащий установленный в корпусе сильфон, связанный с запорным элементом.

Регулировочный клапан выполнен в виде корпуса, разделенного подпружиненным сильфоном на две полости, одна из которых герметизирована и заполнена газом, конденсирующимся при рабочей температуре объекта охлаждения, а вторая снабжена подводящим в отводящим трубопроводами, подключенными к циркуляционному контуру, при этом один из трубопроводов имеет запорный элемент в виде иглы, закрепленной на подпружиненном сильфоне, и соединен с . трубопроводом капиллярного сечения 2.

Недостатком этого устройства является отсутствие контроля температуры объекта охлаждения. Оно представляет собой разомкнутую систему регулирования, т. е. систему регулирования без обратной связи, что не обеспечивает поддерживание температуры объекта охлаждения с достаточной точностью и для заданного диапазона температур.

Кроме того, использование в устройстве газа, конденсирующегося при рабочей температуре объекта охлаждения и задающего температуру охлаждения промежуточного теплоносителя, не позволяет изменять температуру объекта охлаждения без замены газа.

Цель изобретения - повыщение точности поддержания заданной температуры

и расширение диапазона регулирования температуры биообъекта.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для низкотемпературного охлаждения биоматериалов, содержащем теплоизолированную емкость для хладагента, теплообменник объекта охлаждения, трубопровод подачи хладагента в теплообменник объекта охлаждения, регулировочный клапан, установленный на трубопроводе подачи хладагента и содержащий установленный в корпусе сильфон, связанный с запорный элементом, теплообменник снабжен теплоизолированным кожухом с образованием полости, последняя заполнена газом, неконденсирующимся в рабочем диапазоне температур и посредством капиллярной трубки связана с сильфоном, а запорный элемент подпружинен и имеет ограничитель перемещения.

Замкнутая полость, образованная кожухом теплообменника и внутренними полостями капиллярной трубки и сильфона, заполнена газом, необходимым для охлаждения биообъекта и не конденсирующимся в рабочем диапазоне температур. Герметичный кожух теплообменника служит датчиком температуры биообъекта, а устройство в целом представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с жесткой отрицательной обратной связью, что позволяет повысить точность поддержания заданной температуры биообъекта.

Кроме того, использование в качестве рабочего тепла неконденсирующегося газа (в рабочем диапазоне температур биообъекта) позволяет, например, с помощью изменения его давления расщирить диапазон регулирования заданной температуры охлаждения биообъекта.

На чертеже схематически изображено устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов.

Устройство содержит теплоизолированную емкость 1 с хладагенто.м, трубопровод

2для подачи хладагента, теплообменник

3биообъекта 4, герметичный теплоизолированный кожух 5 с полостью 6, соединенный посредством капилляра 7 с сильфоном 8, который жестко связан с запорным элементом 9 клапана 10, регулировочную пружину 11 и манометр 12, винт 13. Герметичный кожух имеет крышку 14 для загрузки биоматериала.

Устройство работает следующим образом.

При выдаче хладагента, например жидкого азота, из теплоизолированной емкости 1 по трубопроводу 2 для подачи хладагента через запорный элемент 9 клапана 10 в теплообменник 3 температура газа в герметичной полости 6 понижается, вследствие чего уменьшается давление в полости 15, образованной внутренними сторонами кожуха 5, капилляра 7 и сильфона 8. За счет уменьшения давления сильфон 8 сокращается и жесткосвязанный с ним запорный элемент 9 клапана Ю уменьшает подачу хладагента к теплообменнику 3. При достижении заданной температуры биообъекта в герметичном кожухе 5 устанавливается соответствующее давление, которое с помощью сильфона 8 уравновещивает усилие регулируемой пружины 11, а. запорный элемент 9 обеспечивает нужный расход хладагента. При изменении температуры газа в полости 6, например, за счет внешних теплопритоков соответственно изменяется давление в сильфоне 8, который перемещает запорный элемент 9 таким образом, что происходит изменение расхода хладагента в теплообменнике 3, компенсирующее изменение внешних теплопритоков, т. е. устройство является системой автоматического управления с жесткой отрицательной обратной связью. Настройка температуры, необходимой для охлаждения и стабилизации биообъекта, осуществляется по манометру 12 за счет изменения давления в замкнутой полости 15 с изменением осевого усилия на регулируемой пружине 11 путем . перемещения винта 13. Таким образом, обеспечивается возможность повысить точность и расширить диапазон регулирования температуры охлаждения биообъекта. Данное устройство за счет повышения точности регулирования температуры охлаждения биообъекта позволяет обеспечить его сохранность на 10% по сравнению с существующими режимами, а за счет расщирения диапазона регулирования температуры охлаждения биообъекта сократить время переналадки устройства с одной температуры на другую в 2-3 раза. Кроме того, при проведении исследований также повышается их обективность и производительность.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ БИО МАТЕРИАЛОВ, содержащее теплоизолированную емкость для хладагента, теплообменник объекта охлаждения, трубопровод подачи хладагента в теплообменник объектаохлаждения, регулировочный клапан, установленный на трубопроводе подачи хладагента и содержащий установленный в корпусе сильфон, связанный с запорным элементом, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности поддержания заданной температуры охлаждения, теплообменник снабжен теплоизолированным кожухом с образованием полости, последняя заполнена газом, неконденсирующимся в рабочем диапазоне температур, посредством капиллярной трубки связана с сильфоном, а запорный элемент подпружинен и имеет ограничитель перемещения.