ТЕРМОСТАТ ДЛЯ МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Область техники
Полезная модель относится к устройствам термостатирования биологических образцов во время медико-биологических исследований, в частности, во время космических полетов в условиях воздействия факторов космического пространства.
Уровень техники
Известен портативный термостат для биологических исследований по патенту РФ 2305233, содержащий термоизолированный корпус с крышкой и рабочую камеру, доступ к которой осуществляется через теплоизолированную дверь. Под днищем рабочей камеры расположены электровентилятор, электронагреватель, датчик и задатчик температуры, блок коммутации, шины сетевого электропитания, усилитель постоянного тока, фильтр питания, блок регулирования, понижающий трансформатором, причем электронагреватель и электровентилятор подключены к выходу блока коммутации, последний подключен к шинам для сетевого электропитания и выходу усилителя постоянного тока, который подключен к фильтру питания и выходу блока регулирования, входы последнего подключены к датчику и задатчику температуры и фильтру питания, вход которого соединен с выходом выпрямителя, вход выпрямителя подключен к вторичной обмотке понижающего трансформатора, первичная обмотка которого соединена с шинами сетевого электропитания. Рабочая камера снабжена технологическими полками, длина которых несколько меньше, чем внутреннее пространство рабочей камеры с возможностью образования воздушных каналов, причем крышка выполнена в виде теплоизолированной двери.
Основные недостатки устройства:
- высокое энергопотребление, связанное с необходимостью использования электровентилятора для переноса тепла от нагревателя в рабочую камеру, сложная схема терморегулирования и связанное с этим увеличение габаритов и массы устройства с неминуемым снижением его надежности.
Известна конструкция термостата для биологических исследований по а.с. СССР №686021, взятая за прототип. Термостат содержит закрывающуюся термостатируемую камеру с теплоизоляционными стенками, плоский нагреватель из электропроводящей ткани, датчик температуры и регулятор температуры. В термостатируемой камере располагается приспособление для размещения исследуемых образцов - биоконтейнер и манипуляторы для проведения операций в биоконтейнере на борту космического аппарата без нарушения температурного режима. Плоский электронагреватель вырезан из электропроводящей ткани. Он наклеивается на стенки биоконтейнера и расположен в пространстве между внутренней стенкой термостатируемой камеры и наружной стенкой биоконтейнера, при этом отношение поверхности нагревателя к внутренней поверхности термостатируемой камеры выбрано не менее 2/3. Температура биообъектов измеряется датчиком, который подключен к терморегулятору. Второй датчик расположен в толще стенки биоконтейнера для увеличения надежности и безопасности температурных условий биологических объектов. Тепловая энергия плоского нагревателя переносится к биологическим объектам кондуктивно и излучением.
Недостаток термостата в том, что нагреватель помещен в пространстве между внутренней стенкой термостатируемой камеры и наружной стенкой биоконтейнера. А поскольку в космических условиях конвекционный перенос тепла исключен, а радиационный и кондуктивный переносы тепла от нагревателей к биологическим образцам затруднены из-за размещения нагревателя на наружной стенке биоконтейнера, увеличивается инерционность процесса нагрева образцов исследуемых биологических материалов и затрудняется его контроль. Кроме того, не обеспечивается равномерность нагрева. К тому же, от наклеенного на биоконтейнер нагревателя, постепенно нагревается и внутренняя поверхность термостатируемой камеры, а затем и вся стенка, что приводит к выделению тепла от контейнера во внешнее окружающее пространство. Этим создается дополнительная нагрузка для системы электроснабжения.
Целью предлагаемой полезной модели является конструктивное решение термостата, обеспечивающего формирование равномерного температурного поля в зоне размещения образцов исследуемых биологических материалов с поддержанием точно заданной температуры этих образцов и минимальными энергетическими потерями в условиях изменяющихся факторов окружающей среды
Раскрытие полезной модели
Термостат для медико-биологических исследований в условиях космического пространства представляет собой камеру с крышкой и отражающим покрытием на внутренних поверхностях камеры и крышки, внутри которой имеется средство для размещения исследуемых биологических образцов, выполненное в виде обоймы для пробирок, изготовленной из теплопроводящего материала, состоящей из двух половин с выемками для размещения пробирок с биологическими образцами. Половины обоймы соединяются по подпружиненным направляющим. На внешней поверхности обоймы наклеены гибкие электронагреватели, датчики температуры и пьезоэлементы. Последние обеспечивают периодическое встряхивание содержимого пробирок для компенсации отсутствующего конвекционного перемешивания в условиях невесомости. Датчики температуры, электронагреватели и пьезоэлементы подключаются к блоку управления и регистрации, который поддерживает заданную температуру (является регулятором температуры), а также обеспечивает режим встряхивания пробирок. Питание блока управления и регистрации осуществляется от внешнего источника. Выемки обоймы охватывают пробирки по всей боковой поверхности и создают условия равномерного прижатия, обеспечивая эффективный перенос тепла от нагревателей к исследуемым материалам. Применение двух и более нагревателей дает возможность с помощью микропроцессора реализовать наиболее экономичный режим нагрева и поддержания заданной температуры.
Обойма внутри термостата крепится на телескопической опоре к любой из стенок камеры термостата или к его крышке. Телескопическая конструкция монтажной опоры из композиционного материала с малой теплопроводность облегчает условия монтажа обоймы в камере термостата, условия монтажа пробирок в обойму и снижает утечки тепла в окружающее пространство.
Графические иллюстрации
На Фиг 1. представлено схематическое изображение конструкции термостата для медико-биологических исследований
Осуществление полезной модели
Термостат для медико-биологических исследований содержит камеру 1 из алюминиевого сплава с отражающим покрытием 2 из металлизированной полимерной пленки на внутренних стенках, обойму 3 состоящую из двух симметричных половин из алюминиевого сплава АМг-6, внутри которой размещены пробирки 4 с исследуемым биологическим материалом, гибкие пленочные нагреватели 5 типа ПИГН.564512.063, выпускаемые ОАО «НИИЭМ», датчик температуры 6 типа ТЭП, телескопические опоры 7, пьезоэлементы 8 марки ЦТС, выпускаемые ОАО «НИИФИ» г. Пенза, подпружиненные направляющие обоймы 9, крышку 10 камеры 1, соединитель 11 марки ОС РС 50 АТВ, блок управления и регистрации 12 на базе микропроцессора серии 645, внешний источник питания 13. На внешней поверхности половин обоймы 3 сделаны продольные углубления, в которые помещены датчики температуры 6, нагреватели 5 и пьезоэлементы 8. Половины обоймы 3 соединяются подпружиненными направляющими 9.
Работа с термостатом производится в следующей последовательности. На половины обоймы 3 наклеиваются гибкие пленочные электронагреватели 5. Половины обоймы 3 соединяются по подпружиненным направляющим 9. Отжимают половинки обоймы 3 и вставляют в гнезда обоймы 3 пробирки 4 с биологическим материалом. Устанавливают обойму 3 на телескопические опоры 7. Выводы нагревателей 5, датчиков температуры 6 и пьезоэлементов 8 подключают к соединителю 11. В контейнер обычно также помещают портативный регистратор ионизирующих излучений, после чего закрывают крышку 10. К соединителю 11 извне подключают блок управления и регистрации 12 с внешним источником электропитания 13. С помощью блока управления и регистрации 12 задают рабочую температуру и алгоритм ее регулирования для достижения минимального предела колебания температуры.
Согласно предлагаемой полезной модели изготовлен и успешно испытан опытный образец термостата, который подтвердил, что данное техническое решение обеспечивает:
- создание условий для формирования равномерного температурного поля в зоне размещения образцов исследуемых биологических материалов;
- достижение высокой точности и стабильности поддержания температуры образцов в условиях периодически изменяющихся факторов окружающей среды;
Кроме того, конструкция повлияла на снижение массы, габаритов и энергопотребление термостата.