ТЕРМОКОНТЕЙНЕР

Полезная модель относится к области охлаждающих и нагревающих аппаратов, преимущественно, к области термоконтейнеров, предназначенных для высокоточного поддержания температуры в процессе транспортирования и ручных переносок предварительно охлажденных или нагретых медико-биологических продуктов, критериальные биологические показатели которых зависят от температуры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству относится термоконтейнер, содержащий корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры (см. патент Российской Федерации №2005965 С1, Кл. F25В 21/02, 15.01.1994).
Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в высоком уровне энергопотребления при обеспечении процесса поддержания температуры на заданном уровне в рабочей камере.
3
Этот недостаток обусловлен тем, что для поддержания заданного режима термостатирования в известном устройстве в качестве тепловоздействующих элементов применяются полупроводниковые термомодули, реализующие эффект Пельтье, имеющие низкий коэффициент преобразования электрической мощности в холодильную. Так, при поддержании в рабочей камере режима термостатирования на уровне, меньшем внешней температуры на (25÷30)°С, коэффициент преобразования электрической мощности, подводимой к термомодулям, в холодильную мощность не превышает 10%, поэтому необходимое значение электрической мощности при объемах рабочей камеры ~100 дмсоставляет (150-200) Вт. В связи с этим применение известного устройства для временного хранения медико-биологических термочувствительных материалов в процессе транспортировки или при ручных переносках сопряжено с необходимостью использования достаточно мощных источников электропитания, что в ряде случаев является весьма проблематичным.
Задачей полезной модели является снижение уровня энергопотребления при обеспечении в рабочей камере процесса термостатирования на заданном уровне.
Указанный технический результат достигается за счет того, что термоконтейнер содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры. При этом в состав его введены размещенные вне объема рабочей камеры хладо- или теплоэлементы, вентиляторы и воздуховоды, причем хладо- или теплоэлементы подключены к радиаторам, вентиляторы и радиаторы размещены в воздуховодах, входы и выходы воздуховодов выполнены сообщающимися с объемом рабочей камеры, электрический вход каждого вентилятора соединен с первой линией источника электропитания, электрический выход вентилятора соединен с силовым входом блока регулирования, а силовой выход блока регулирования соединен со второй линией источника электропитания.
Кроме того в состав термоконтейнера могут быть введены поворотные заслонки, которые установлены в воздуховодах на участках входа воздушного потока в рабочую камеру и участках выхода потока воздуха из камеры с возможностью обеспечения открытого состояния воздушного тракта при работе вентиляторов и закрытого состояния при отключении вентиляторов от электропитания.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг.1 схематично представлен в разрезе предложенный термоконтейнер, на фиг.2 - внешний вид термоконтейнера, а на фиг.3 - его электрическая блок-схема.
Предложенный термоконтейнер содержит (фиг.1) корпус 1 с крышкой 2, рабочую камеру 3, отделенную от корпуса слоями теплоизоляции 4. Между корпусом 1 и крышкой 2 размещен резиновый уплотнитель 5.
Вне объема рабочей камеры 3, в частном случае, в крышке 2 термоконтейнера установлены вентиляторы 6, радиаторы 7, между основаниями которых размещены хладо- или теплоэлементы 8. В крышке 2 выполнены воздуховоды 9, сообщающиеся с объемом рабочей камеры 3 входом 10 и выходом 11, в которых размещен блок радиаторов 7 с хладо-теплоэлементами 8, вентиляторы 6, заслонки 12, установленные с возможностью перекрытия воздушного тракта при остановке вентиляторов 6 и открывании тракта при их работе.
На приборной панели 13, в верхней части крышки 2 установлен тумблер 14 для подключения (или отключения) блока регулирования температуры 15 и вентиляторов 6 к электропитанию, а конкретно, к электрическим аккумуляторам или батареям 16, индикатор температуры 17.
На наружной стороне крышки 2 (фиг.2) установлена заглушка 18 с ручкой 19, закрывающая люк (на черт. не показан), через который производится замена отработанных хладо- или теплоэлементов 8. Фиксация заглушки 18 на крышке 2 производится посредством фиксирующих элементов 20, взаимодействующих между собой, например, болтов с гайками.
Размещение совокупности вышеперечисленных элементов предложенного термоконтейнера в крышке 2 не является его обязательным техническим признаком; подобное конструктивное исполнение может быть выполнено в нижней части термоконтейнера, сбоку (на черт. не показано), но обязательно, вне объема рабочей камеры 3.
В состав электрической схемы термоконтейнера (фиг.3) входят источник электропитания 16, в частном случае, в виде батареи последовательно или параллельно соединенных между собой электрических элементов или аккумуляторов, с первой линией которого соединен вход, по меньшей мере, одного вентилятора 6, выходом соединенного с силовым входом блока регулирования температуры 15, силовой выход которого соединен со второй линией источника электропитания 16 с первым управляющим входом соединен выход задатчика температуры 21, а со вторым управляющим входом соединен выход датчика температуры 22, размещенного в объеме рабочей камеры 3.
Предложенный термоконтейнер работает следующим образом.
Приводят фиксирующие элементы 20 в открытое состояние, например, выкручивают либо болты из гаек, установленных на крышке 2, либо гайки из болтов.
В зависимости от требуемого режима термостатирования, который при эксплуатации должен быть реализован в рабочей камере 3 термоконтейнера, размещают в кассете (на черт. не показана) либо предварительно замороженные хладоэлементы 8, рабочее вещество в которых, имеющее температуру фазового перехода ниже заданного режима термостатирования, находится в твердом состоянии, либо теплоэлементы 8, рабочее вещество в которых, имеющее температуру фазового перехода выше заданного режима термостатирования, находится в жидком состоянии.
Посредством ручки 19 снимают заглушку 18 с наружной стороны крышки 2 и открывают проход в люк.
Через люк вводят кассету с хладо- или теплоэлементами 8 в зазор между основаниями радиаторов 7.
Устанавливают заглушку люка 18 на крышке 2, фиксируя ее посредством элементов 20.
cm
Рассмотрим, для определенности, режим термостатирования на уровне, ниже температуры внешней среды, например, при t=+4°C.
В этом случае используются хладоэлементы 8 с рабочим веществом, находящимся в твердом («замороженном») состоянии и имеющим температуру фазового перехода от 0°С и ниже.
Переводя тумблер 14 в положение «вкл», подключают к источнику электропитания 16 блок регулирования температуры 15 и вентиляторы 6.
cm
Устанавливают посредством задатчика 21 значение опорного сигнала, подаваемого на первый управляющий вход блока регулирования температуры 15, соответствующее реализации в рабочей камере заданного режима термостатирования, например, +4°С. Режим термостатирования t=+4°C, в частности, определен рядом нормативных документов как оптимальная температура для хранения некоторых компонентов донорской крови, лекарственных и иммунобиологических препаратов.
cm
После выполнения операций по уставке заданного режима термостатирования силовой вход и выход блока регулирования 15 окажутся в замкнутом состоянии. Это обусловлено тем, что начальная температура рабочей камеры 3, равная температуре внешней среды, выше чем t.
Благодаря замыканию входа и выхода блока 15, вентиляторы 6, оказываясь подключенными ко второй линии источника питания 16, начинают работать, создавая поток воздуха, который, проходя через радиаторы 7, охлаждается, далее поступает через выходное отверстие 11 в объем рабочей камеры 3, обуславливая его охлаждение. При этом происходит нагрев потока воздуха, который отсасывается вентиляторами 6 из объема рабочей камеры 3 через входное отверстие 10, далее вновь проходит через радиаторы 7 и охлаждается.
При работе вентиляторов 6 заслонки 12 находятся в положении, обеспечивающем открытое состояние всего воздушного тракта.
Тепло, отводимое от потока воздуха радиаторами 7, обуславливает либо плавление рабочего вещества в хладоэлементах 8 (если температура последних, повышаясь, достигла температуры фазового перехода), либо повышение температуры предварительно замороженных хладоэлементов 8.
cm
Когда температура в рабочей камере 3 определяемая по сигналам датчика 22, достигает значения t-δt, где δt - заданная точность стабилизации, электрические вход и выход блока регулирования 15 переходят в разомкнутое состояние. Вследствие этого вентиляторы 6, отключаясь от второй линии источника электропитания 16, останавливаются, заслонки 12 переходят в положение, при котором перекрываются участки воздушного тракта на входе в рабочую камеру 3 и выходе из нее. Циркуляция воздуха в рабочей камере 3 прекращается.
cm
вн
k
k
cm
Так как выбранный режим термостатирования ниже температуры наружного воздуха t<t, то вследствие теплопритоков извне температуры t в рабочей камере 3, определяемая по сигналам датчика 22, начинает расти; при t=t+δt силовые электрические вход и выход блока регулирования 15 замыкаются между собой. Вентиляторы 6 вновь оказываются подключенными к обеим линиям источника электропитания 16, обуславливая появление потока воздуха через радиаторы 7, подключенные к хладоэлементам 8.
cm
Так как при этом заслонки 12 переходят в положении, при котором оказываются открытыми участки тракта на входе 10 в рабочую камеру 3 и выходе 11 из нее, в рабочую камеру 3 начинает поступать поток холодного воздуха, обеспечивая снижение температуры как по всей камере 3, так и в зоне расположения датчика 22. При достижении температуры в рабочей камере 3, равной t-δt, блок регулирования отключает вентиляторы 6 от электропитания.
Информация о температуре в рабочей камере 3, определяемая по сигналам с датчика 22, отражается на индикаторе температуры 17.
В дальнейшем описанные выше циклы работы термоконтейнера периодически повторяются.
k
cm
cm
После того как температура t в рабочей камере 3 достигнет значения t, в нее можно закладывать емкости с биологическим веществом, предварительно охлажденным до такой же температуры t.
Вообще, не следует возлагать на термостаты любого типа, а не только на предложенный термостат-термоконтейнер, предназначенные для поддержания заданных режимов термостатирования при длительном хранении биологических веществ, функции по обеспечению нестационарных режимов охлаждения или перегрева с какими-либо временными характеристиками.
Функционирование термоконтейнера, рабочая камера которого заполнена емкостями 23 с охлажденным биологическим веществом, аналогично его функционированию при пустой камере.
k
cm
Предельная длительность одного цикла функционирования термоконтейнера в штатном режиме определяется временем, в течение которого рабочее вещество в хладоэлементах 8 находится в твердом состоянии; когда рабочее вещество в хладоэлементах 8 полностью переходит из твердого состояния в жидкое, интенсивность охлаждения потока воздуха, продуваемого вентиляторами 6 через радиаторы 7, снижается, что обуславливает повышение температуры t выше t+δt.
Конструкция предложенного термоконтейнера позволяет производить его быструю перезарядку хладоэлементами 8.
Для этого следует:
- тумблером 14 отключить блок регулирования 15 и, соответственно, вентиляторы от источника электропитания 16;
- открыть фиксирующие элементы 20 и снять заглушку 19;
- вынуть кассету с отработанными хладоэлементами и вставить другую кассету с хладоэлементами 8, замороженными в другом устройстве;
- установить заглушку 19 на панели крышки 2, фиксируя ее элементами 20;
- перевести тумблер 14 в положение «вкл».
Описанные выше процессы начинают вновь повторяться.
cm
Функционирование термоконтейнера при поддержании температурного режима t, постоянно превышающего внешнюю температуру, имеет следующие отличия от вышеописанного:
cm
- вместо хладоэлементов 8 используют теплоэлементы 8, рабочее вещество в которых имеет температуру отвердевания, заведомо превышающую t;
- рабочее вещество в теплоэлементах 8 при закладке на кассете в зазор между радиаторами 7 находится в жидком фазовом состоянии;
k
cm
k
cm
- закрытое состояние блока регулирования 15 наступает при t=t+δt, а открытое - при t=t-δt;
cm
cm
- включение вентиляторов 6 происходит при понижении температуры в камере ниже значения t-δt, а выключение - при повышении температуры в камере выше t+δt.
Характерными техническими особенностями предложенного термоконтейнера являются:
- минимальный уровень энергопотребления в процессе хранения при пониженной или повышенной температуре термочувствительных материалов, определяемый энергопотреблением вентиляторов и блока регулирования. Средняя потребляемая мощность термоконтейнеров, не превышает 10 Вт, что позволяет применять его в транспортных средствах без какой-либо опасности нарушения энергоснабжения их основных узлов;
- высокая точность поддержания заданного режима термостатирования, не достижимая в обычных термоконтейнерах, в которых используются хладо-теплоэлементы;
- возможность быстрой замены отработанных хладо-, теплоэлементов без нарушения температурного режима хранения продуктов в его рабочей камере.