УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ КОНСЕРВАЦИИ БИОПРОДУКТА Советский патент 1974 года по МПК A01N1/00 

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к устройствам для иизкотемпературнон консервации биоиродукта.

Известны устройства для низкотемпературной консервации биопродукта, содержащие камеру замораживания, резервуар жидкого азота, систему регулирования и контроля процесса замораживания и трубопроводы.

Однако в известных устройствах из-за не-, равномерности распределения хладагента скорость замораживания всей массы биопродукта неравномерна и часть клеток погибает.

Цель изобретения-повысить процентное содержание жизнеспособного биопродукта и уменьшнть расход жидкого азота.

Иредлагаемое устройство отличается от известных тем, что камера замораживания выполнена в виде ряда герметичиых ячеек, соединенных с системой регулирования процесса замораживания при помопди штуцеров с регулируемым сопротивлением, а система регулирования процесса замораживания имеет источник давления, подключенный к резервуару с жидким азотом, и иснаритель, выполненный в виде тонкостенного металлического сосуда, а на магистрали между испарителем и камерой замораживания установлен фильтрнакопитель канел1 жидкого азота.

Источник давления может быть выполнен в виде нагнетающего ycTpoiicTBa с регулпруемым числом оборотов электродвигателя, а фильтр-накопитель капель жпдтшго азота может быть выполнен в виде сосуда, вход и выход которого разделены перегородкой.

На фиг. 1 пзобрал ено предлагаемое устройство (разрез), вид спереди; на фиг. 2 - то же, сверху; на фиг. 3 - устройство, обндий вид.

Предлагаемое устройство имеет раму 1 для компоновки и соединений в одно целое всех узлов и деталей, на которой установлены резервуар 2 жидкого азота, состоящий из внутреннего и наружного сосудов с экранновакуумной тепловой изоляцией между ними и морозильная 3, автотрансформатор 4, вольтметр 5, потенциометр 6, тумблер 7. На крышке резервуара 2 жидкого азота выполнены нагнетательный штуцер 8, патрубок для выдачи жидкого азота и штуцер 10 для заливки жидкого азота. К титуцеру 8 с помощью шланга 11 нодсоединено нагнегаюн1ее воздух устройство 12 (например, пылесос с регулируемым числом оборотов электродвигателя), а к иатрубку 9 с помощью трубопровода 13 - исиаритель 14. Испаритель 14 выполнен в внде тонкостенного металлического сосуда, поверхность теплообмена и месторасположение которого должны быть таковы, чтобы было обеспечено максимально потребное количество холодных паров азота и мппимальный их нагрев при прохождении ио трубопроводу 13 в морозильную камеру 3. Для уменьшения габаритов испаритель 14 изготовлен из сильфопов. Сверху к испарителю 14 подсоединен трубопровод 15, предназначенный для транспортировки холодных паров азота из испарителя в морозильную камеру. На трубопроводе 15 установлен фильтр-наконитель 16, выполненный в виде сосуда, вход и выход которого разделены перегородкой 17; назначение фильтра накопителя - предотвращать унос капель жпдкого азота из испарителя 14 в морозильную камеру 3. Морозильная камера выполнена в виде двухстеппой коробки, в межстенпом пространстве которой имеется тепловая изоляция. Сверху морозильная камера закрыта крышкой 18 сдвумя стенками и с аналогичной тепловой изоляцией. Внутри морозильной камеры 3 расположен направляющий секционный аппарат 19 из нескольких герметичных ячеек 20, имеющих самостоятельные регулнруемые от нуля до максимума питающие штуцера 21, объединенные общим коллектором 22. Направляющий секционный апнарат 19 с входящими в ячейки 20 регулируемыми штуцерами 21 предназначен для равномерного распределения хладагента (паров жидкого азота) ио всем ячейкам 20 и, следовательно, обеспечивается равномерная скорость замораживания всей массы бионродукта. Кроме того, это позволяет в случае необходимости (при неполной загрузке биопродукта) отключать свободные ячейки 20. Количество и размеры ячеек 20 зависят от массы загружаемого биопродукта и размеров контейнеров 23. Коллектор 22 пропущен через отверстие в стенках морозильной камеры 3, герметично с ними сварен, а свободным концом соединен с трубопроводом 15. Холодные нары азота подаются в верхнюю часть ячеек 20, а выходят через отверстия в дне. Между верхней кромкой направляющего секционного аппарата 19 и нижней поверхностью крышки 18 располол ен поролоновый мат 24, который обеспечивает герметизацию внутреннего пространства ячеек 20 и морозильной камеры 3. Мат 24 ноджимается винтамн 25. Для выброса использованных паров азота на боковой стенке морозильной камеры 3 предус.мотреи патрубок 26.

Установка работает следующим образом.

Регулируемыми штуцерами 21 настраивают равномерную подачу хладагента в ячейки 20. Для этого включают нагнетающее устройство 12 (жидкого азота в резервуаре 2 нет), устанавливают но вольтметру 5 с помощью автотрансформатора 4 нужное напряжение электрического тока, а затем последовательно к каждому регулируемому штуцеру 21 подсоедиияют соответствующий прибор (например, реометр-индикатор с поворотными диафрагмами), позволяющий определить объемный расход воздуха в данном штуцере 21. Но полученным величинам объемного расхода воздуха подстраивают нужные регулируемые штуцеры 21 и повторяют эти операции до тех пор, пока не будет обеспечепа равномерная подача воздуха RO все ячейки 20. Для большей достоверности устанавливают другое (более низкое) напряжепне электрического тока и новторно нроверяют равномерность подачи воздуха в ячейки 20. Работа по настройке считается выполненной, если прибор (например, реометр-индикатор) показывает одинаковые величины объемного расхода воздуха в каждом штуцере 21. В случае наличия меньшего количества биопродукта, подлежащего замораживанию, чем это предусмотрено в устройстве, па регулируемые штуцеры 21 свободных ячеек 20 устанавливают заглушки. Нри этом необходимо провести новую настройку равномерности подачи хладагента в ячейки 20 аналогичным снособом. Когда работы но настройке полностью завершены, в одну из ячеек 20 устанавливают контрольный контейнер 23, внутри которого находится холодный спай термонары 27. Свободный конец термонары пропускают через отверстие в нижней части ячейки 20, выводят иаружу из морозильной камеры 3 через натрубок 26 и нодключают к потенциометру 6. Затем в свободные ячейки 20 секционного аппарата 19 помещают контейнеры 23 с биопродуктом, закрывают сверху поролоновым матом 24, устанавливают крышку 18 и завинчивают ее, унлотняя верхнюю часть ДЮрозильной камеры 3. Носле чего через штуцер 10 заливают жидкий азот в нужном количестве в резервуар 2. Шланг 11 при этом должен быть отсоединен от нагнетательного штуцера 8 для обеспечения выхода иснарившегося азота, а трубопровод 13 перекрыт вептилем 28. Носле заливки жидкого азота в резервуар 2 штуцер 10 закрывают, а шланг 11 подсоединяют к нагнетательному штуцеру 8. Включают потенциометр 6 и записывают исходную температуру продукта в контрольном контейнере 23, которая должна быть равна температуре биопродукта, находящегося в других контейнерах 23.

Вынолненне последней операции является началом процесса замораживания биоиродукта. Далее тумблером 7 включают нагнетающее воздух устройство 12, устанавливают нри помощи автотрансформатора 4 по вольтметру 5 пужное напряжение электрического тока и открывается вентиль 28. Жидкий азот подвоздействием избыточного давления, созданного нагнетательным устройством 12 в верхнем пространстве резервуара 2, вытесняется через патрубок 9 в трубопровод 13, а потом в испаритель 14. Образовавшиеся вследствие теплообмена с окружающим воздухом холодные пары азота поступают по трубопроводу 15 в коллектор 22, а затем в ячейки 20. Вошедшие в верхней части ячеек 20 холодные нары азота опускаются вниз вдоль боковых поверхностей контейнера, отдавая ему холод. Нри движении холодных паров азота в ячейках 20 сверху вниз выравнивается скорость замораживания биопродукта по всей высоте контейнера 23, так как верхние слои (более холодные и более тяжелые) стремятся опуститься вниз и вытеснить оттуда более легкие (более теплые) слои. Отработанные пары азота выходят через нижнее отверстие ячеек 20 во внутреннее пространство морозильной камеры 3, а оттуда выбрасываются наружу по патрубку 26. Поскольку тел1пература отработанных паров азота не на много выше температуры входящих рабочих паров азота в ячейки 20, отработанные пары являются своеобразной тепловой изоляцией секционного аппарата 19, обеспечивая малые холодопотери хладагента. Процесс регулирования заданного режима замораживания биопродукта ослчцествляется вручную по показаниям потенциометра 6. При этом график изменения температуры в зависимости от времени (скорость за юраживания) может быть заранее нанесен на бумажную лепту потенциометра б в виде пучка линий, соответствующих заданной программе замораживания. Задача оператора в этом случае заключается в наложении записи потенциометра 6 на одну из вычерченных линий на бумажной ленте. Кроме того, заданный режим замораживания может поддерживаться непосредственно по показаниям температуры на потенциометре 6 и по секундомеру 29. Скорость замораживания биопродукта зависит от количества холодных паров, подаваемых в ячейки 20 в единицу времени. Количество же образовавшихся холодных паров азота зависит в свою очередь от количества поданного на испарение жидкого азота, т. е. от величины избыточного давления в верхнем пространстве резервуара 2 или от скорости вращения двигателя нагнетаюн;его устройства 12. Поэтому управление режимом замораживания осуществляется путем изменения величины напряжения электрического тока, подаваемого на электродвигатель нагнетающего устройства 12, с помощью автотранспортера 4. В начальный период замораживания биопродукта величина напряжения электрического тока будет минимальной, так как скорость замораживания до температуры кристаллизации принимается обычно порядка 1°С в минуту, а с момента начала кристаллизации - максимальной. Процесс замораживания ведут до минимально возможной температуры (порядка минус 180°С). Наличие фильтра-накопителя 16 с перегородкой 17 предотвращает унос капель жидкого азота из испарителя 14 в ячейки 20 и тем самым улучшает условия для равномерного замораживания всей массы бионродукта.

Кроме того, фильтр-накопитель 16 дает дополнительное количество холодных паров азота (благодаря испарению ртсепариррванных

капель жидкости), повьпная при этом производительность парообразования. После завершения полного цикла заморажпвання но заданной программе иагиетлющсе устройство 12 выключается. Паходяп.иися в испарителе 14 жидкий азот поело исчезновения избыточного давления, создаваелгого нагпетаюии1М устройством 12, возврап1,ается в резервуар 2. Оставшийся жидкий азот в фильтре-накопите, 16 продолжает испаряться. Холодные пары, попадая в ячейки 20, поддерживают полученную конечную температуру биопродукта в период подготовки к его выгрузке. Далее отвинчнвают вииты 25. снижают крышку 18. вынимают поролоновый мат 24, достают контейнеры 23 и погружают их ч хранилище с жидким азотом для длительного хранения.

Для проведения следуюи1его цикла замораживания морозильную камеру 3, испаритель 14 и фильтр-накоинтель 16 необходимо отеплить до температуры окружаюи1,ей среды. Отогрев может быть естественным или в случае ускорения путем обдува воздухом с помощью нагнетающего устройства 12 (например, пылесосом). Настраивать регулируемые штуцеры 21 иеред замораживанием новой иартии бтюпродуктов не требуется. Процесс замораживания Т1 последовательность операций необходимо выполнять аналогично.

Предмет и з о б р е т е н н я

1.Устройство для ннзкотемнературной консервацнн бнопоодукта. содержащее камеру замораживания, резервуар жидкого азота, систему регулирования и контроля процесса замораживанпя п трубопроводы, отличающееся тем, что, с целью иовышения процентного содержания жттзнеспособного биоиродукта и уменьтиения расхода жидкого азота, камера замораживания выполнена в внде ряда герметичных ячеек, соединенных системой регулирования процесса замораживання при поМОИ1И штуцеров с регулируемым сопротивлением, а система регулирования процесса замораживанпя имеет источник давлення, подключенный к резервуару с жидким азотом, и исиаритель, выполненный в виде тонкостенного металлического сосуда, а на лгагистрали между испарителем Т1 камерой замораживания установлен фильтр-накопнтель капель жидкого азота.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник давлення выполнен в внде нагнетающего воздух уетройства с регулируемым числом оборотов электродвигателя.

3.Устройство но п. 1, отличающееся тем, что фильтр-накопитель капель жидкого азота выполнен в виде сосуда, вход и выход которого разделены перегородкой.

iti

9шг

/;

29 7

Л V

w3