Устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов Советский патент 1986 года по МПК F25D3/10 

Изобретение относится к медицинской криогенной технике, а именно к устройствам для низкотемпературного охлаждения биоматериалов.

Цель изобретения - снижение потерь хладагента при работе устройства.

На чертеже схематически изображено устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов.

Устройство содержит теплоизолированный сосуд 1 для хладагента, утилизатор, включающий изолированную емкость 2, размещенную над сосудом 1 и подсоединенную к источнику разрежения (вакуум-насосу) 3, трубопровод 4 с механическим клапаном 5 для подачи хладагента в емкость 2 из сосуда 1 и обратного слива его в этот сосуд, камеру 6 замораживания с контейнерами 7 для биоматериала и датчиком 8 температуры, трубопровод 9 для отвода отработанного хладагента из камеры 6 в емкость 2, трубопровод 10 с нагревателем 11 :И регулировочным клапаном 12 для подачи жидкого хладагента из сосуда 1 в камеру 6, блок 13 программного управления, электрически связанный с нагревателем 11, клапаном 12, реле 14 давления, приводом 15 вентилятора камеры 6, реле 16 давления. Сосуд 1 и емкость 2 снабжены предохранительными клапанами 17 и 18, а трубопровод 9 и камера 6 - ручными вентилями 19 и 20. Емкость 2 утилизатора имеет трубопровод 21 с вакуум-манометром 22. Свободный конец трубопровода 4 расположен ниже предполагаемого уровня хладагента в сосуде 1.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально перекрывается вентиль 19 и в емкости 2 создается через трубопровод 21 вакуум-насосом 3 разрежение, контролируемое реле 16 давления и вакуум-нанометром 22. При понижении давления в емкости 2 ниже заданного реле 16 давления подает сигнал в блок 13 программного управления и вакуум-насос 3 отключается. При повышении давления происходит обратный процесс включения вакуум-насоса 3, при этом разрежение поддерживается постоянным.

В процессе разрежения в емкости 2 по трубопроводу 4 поступает хладагент, например жидкий азот, до того момента, пока клапан 5 не перекроет подачу хладагента в емкость 2. Перекрытие трубопровода 4 происходит при заданной разности давлений в сосуде 1 и емкости 2. Трубопровод 10 перекрыт клапаном 12. Далее производится загрузка контейнеров 7 с биоматериалом в камеру 6, проверяется закрытие вентиля 20, открывается вентиль 19 и вакуум-насосом 3 обеспечивается разрежение в емкости 2, трубопроводе 9 и камере 6.

При включении программы охлаждения по команде с блока 13 программного управления включается привод 15 вентилятора и открывается клапан 12, хладагент под давлением поступает из сосуда 1 в камеру 6, а пары хладагента по трубопроводу 9 - в емкость 2, где в основном конденсируются, проходя через хладагент с более низкой температурой, чем температура хладагента в сосуде 1, так как разрежение в емкости 2 поддерживается на уровне тройной точки (хладагент-жидкий азот, давление 0,12 ат, температура 63,14 К). Газообразная несконденсировавшаяся часть хладагента может незначительно повысить давление в емкости 2, но вакуум-насос 3 восстанавливает разрежение. Слой жидкого хладагента в емкости 2 в процессе работы возрастает. При превышении статическим давлением сконденсировавшейся жидкости и давлением в емкости 2 давления в сосуде 1 срабатывает клапан 5 и хладагент из емкости 2 сливается в сосуд 1 для повторного использования.

Программное замораживание биоматериала в контейнерах 7 обеспечивается блоком 13 программного управления по датчику 8 температуры, сигнал от которого поступает в блок 13, преобразуется в напряжение f/т (где (Т°С), пропорциональное текущему значению температуры. С этого сигнала выделяется производная, сравниваемая с постоянным напряжением, соответствующим заданному значению скорости охлаждения, вырабатывается сигнал рассогласования, который затем преобразуется в сигнал, управляющий работой нагревателя 11, реле 14 давления и клапана 12.

Давление в сосуде 1 при работе камеры 6 поддерживается постоянным. При превышении заданного давления в сосуде 1 срабатывает предохранительный клапан 17, стравливающий излишки в атмосферу. При понижении заданного давления в сосуде 1 реле 14 давления включает нагреватель 11. Аналогично работает и предохранительный клапан 18 на емкости 2 в случае создания в ней избыточного давления выше нормы, что возможно при отключении или отказе вакуумнасоса 3.

После окончания процесса охлаждения контейнеров 7 с биоматериалом для изъятия их из камеры 6 необходимо закрыть вентиль 19 и открыть вентиль 20, вынуть контейнеры 7 с биоматериалом и произвести новую загрузку. При необходимости аварийного слива хладагента из емкости 2 отключается вакуум-насос 3 и открывается предохранительный клапан 18, хладагент из емкости 2 полностью сливается в сосуд 1.

Предлагаемое устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов позволяет значительно увеличить сроки хранения хладагента в сосуде 1 за счет разрежения в емкости 2, понижающего температуру имеющегося в ней хладагента и образующего герметичную пробку для предохранения от теплоподвода к хладагенту в

сосуде 1. Наличие в емкости 2 хладагента с более низкой температурой, чем хладагент, выходящий из камеры 6 замораживания, позволяет обеспечить конденсацию хладагента в утилизаторе с последующим сливом в сосуд 1 через трубопровод 4, т. е. образуется замкнутый контур циркуляции хладагента. Причем потери хладагента незначительны, ощутимы только в начальный момент запуска устройства ввиду откачки газообразной фракции. При тех же объемах камеры б замораживания, теплоизолированного сосуда 1 для храдагента предлагаемое устройство позволяет обеспечить более двух десятков циклов замораживания без дозаправки хладагента, что существенно в транспортном варианте.

Формула изобретения

Устройство для низкотемпературного охлаждения биоматериалов, содержащее сосуд для хладагента, сообщенную с ним камеру замораживания и блок программного управления, отличающееся тем, что, с целью снижения потери хладагента, оно снабжено утилизатором хладагента, содержащим подключенную к источнику разрежения и установленную над сосудом для хладагента емкость, сообщенную с сосудом и камерой замораживания при помощи трубопроводов, свободный конец первого из которых расположен ниже предполагаемого уровня хладагента, и на этом трубопроводе установлен клапан для перепуска хладагента.

Изобретение относится к области медицинской криогенной техники и позволяет осуществить низкотемпературное охлаждение биоматериалов. В процессе разрежения в емкость (Е) 2 утилизатора по трубопроводу (Т) 4 поступает жидкий хладагент до того момента, пока клапан 5 не перекроет его подачу в Ё 2. Перекрытие Т 4 происходит при заданной разности давлений в сосуде 1 и Е 2. Трубопровод 10 перекрыт клапаном 12. Далее производится загрузка контейнеров 7 с биоматериалом в камеру 6, открывается вентиль 19, а вакуум-насосом 3 обеспечивается разрежение в Е 2, трубопроводе 9 и камере 6. По команде с блока 13 включается привод 15 вентилятора н открывается клапан 12. Хладагент под давлением поступает из сосуда 1 в камеру 6, а пары хладагента по трубопроводу 9 - в Е 2, где конденсируются, проходят через хладагент с более низкой температурой, чем температура хладагента в сосуде, благодаря разрежению в Е 2 на уровне тройной точки. При превышении статического давления сконденсировавшейся (О жидкости и давления в Е 2 под давлением в сосуде 1 срабатывает клапан 5, и хладагент из Е 2 сливается в сосуд 1 для повторного использоваиия. 1 ил. tsp CD сл 4 4;: 1