БЫСТРОЗАМОРАЖИВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области холодильной и морозильной техники, а конкретно, к аппаратам для замораживания растворов с биологическими материалами, в частности, полимерных пакетов с компонентами крови, например, с плазмой.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному устройству относится быстрозамораживатель биологических объектов, содержащий корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, холодильный агрегат с теплообменниками, нагнетатель для обеспечения циркуляции хладоносителя в рабочей камере, ложементы для размещения емкостей и блок фиксации ложементов в рабочей камере (см. патент Российской Федерации №2150933 С1, МПК 7 А 61 J 1/05, 20.06.2000).
В известном устройстве в качестве ложемента выступает защитный мембранный карман, предназначенный для заполнения пакетами с биоматериалом на столе оператора, а в качестве блоков фиксации выступает совокупность жестко закрепленных на держателе в рабочей камере ячеек, внутри которых размещаются мембранные карманы с пакетами.
Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в невозможности обеспечения отвода тепла из объема емкости с биоматериалом с постоянной интенсивностью и достижения высоких скоростей замораживания.
Этот недостаток обусловлен следующими причинами.
-1
-1
В известном устройстве отвод тепла от пакета с замораживаемым биоматериалом реализуется в условиях, когда пакет находится в неподвижном состоянии. В свою очередь, это приводит к формированию на внутренней поверхности пакета слоя льда, имеющего относительно невысокий коэффициент теплопроводности (λ~2 Вт.м к), последовательного нарастания его толщины в процессе замораживания, и, как следствие, к появлению своеобразной теплоизоляции, ограждающей оставшийся в жидком состоянии раствор повышенной солевой концентрации с биоматериалом от хладоносителя, омывающего наружную поверхность пакета.
Дальнейшее нарастание толщины льда на внутренних стенках пакета приводит к существенному повышению теплового сопротивления между внешним теплоносителем и оставшимися незамерзшими внутренними частями пакета, к резкому уменьшению интенсивности отвода тепла от слоев биоматериала при постоянно увеличивающейся концентрации солей, и как главное следствие, к возрастанию степени иноактивационного
воздействия солевого раствора на молекулы, определяющие биологически активные свойства замораживаемого биоматериала.
Вышеперечисленное определяет, в итоге, предельно возможные значения критериальных биологических показателей биоматериала, которое можно обеспечивать в аппарате биоматериалом, неподвижно замораживаемым даже при весьма более низких температурах охлаждающего теплоносителя.
Задачей полезной модели является повышение значений критериальных показателей замораживаемого в герметичной емкости жидкого биоматериала путем обеспечения отвода тепла с постоянно высокой интенсивностью от всех слоев жидкости в течение всего акта замораживания.
Указанный технический результат достигается тем, что в быстрозамораживатель биологических объектов, размещенных в герметичных емкостях, содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, холодильный агрегат с теплообменниками, нагнетатель для обеспечения циркуляции хладоносителя в рабочей камере, ложементы для размещения емкостей, блок фиксации ложементов в рабочей камере, механизм привода и узел перемещения, при этом блок фиксации установлен на узле перемещения, который соединены тягой с механизмом привода с возможностью приведения ложементов в движение с ускорением, периодически меняющемся по величине и направлению.
У быстрозамораживателя узел перемещения может быть выполнен в виде платформы с роликами, на которой установлено тело с полостью, а направляющие для роликов установлены в рабочей камере; блок фиксации может быть выполнен в виде тела с полостью с возможностью размещения в полости всех ложементов, например, в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в стенках которого выполнены отверстия для протекания хладоносителя, циркулирующего в рабочей камере; узел перемещения может быть выполнен в виде сопрягающихся между собой элементов, например, в виде втулок и подшипников, одни из элементов, например, втулки, установлены на блоке фиксации, а другие элементы, например, подшипники, установлены на рабочей камере, при этом оси втулок и подшипников расположены по одной прямой; платформа может быть соединена тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации ложементов в возвратно-поступательное движение; оси втулок и подшипников могут быть размещены горизонтально; блок фиксации соединен тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации и ложемента в колебательное движение вокруг оси, проходящей через оси втулок и подшипников.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.
На фиг.1 схематично представлен быстрозамораживатель, в котором блок фиксации ложементов, выполненный в виде полого параллелепипеда, установлен на платформе с роликами; на фиг.2 представлен вид А фиг.1 (со снятой крышкой); на фиг.3 представлен быстрозамораживатель с блоком фиксации, выполненным в виде полого параллелепипеда с втулками, размещенными в подшипниках, установленных на рабочей камере; на фиг.4 представлен вид В фиг.3 (со снятой крышкой).
Быстрозамораживатель содержит корпус 1 с дверью (крышкой) 2, рабочую камеру 3, отделенную от корпуса 1 теплоизолирующим ограждением 4, холодильный агрегат, включающий в свою очередь, в себя холодильный компрессор 5 и два теплообменника, первый из которых - конденсатор 6, также как и компрессор 5 размещен в нижней части корпуса 1 и обеспечивает вместе с вентилятором 7 отвод тепла от холодильного агрегата во внешнюю среду, второй - теплообменник-испаритель 8, размещенный в рабочей камере 3, нагнетатель 9 для обеспечения циркуляции газообразного или жидкого хладоносителя в замкнутой гидравлической цепи, сформированной в рабочей камере 3, ложементы (держатели) 10 герметичных емкостей 11 (в конкретном случае - полимерных пакетов) с биологическим материалом 12, блок фиксации 13 ложементов 10, который в зависимости от варианта конструктивного исполнения может быть выполнен в виде тела с полостью, например, в виде полого прямоугольной параллелепипеда, в стенках которого выполнены отверстия 14 для протекания потока циркулирующего хладоносителя, создаваемого нагнетателем 9 (фиг.1, 2, 3, 4).
В состав быстрозамораживателя входит также узел перемещения блока фиксации, который в зависимости от конструктивного исполнения может быть выполнены в виде каретки 15, на которой установлен блок фиксации 13 в виде полого параллелепипеда, с роликами 16, направляющие 17 для которых установлены на рабочей камере 3 (фиг.1 и 2) или совокупности сопрягающихся между собой элементов - втулок 18 и подшипников 19. Кроме того, в состав быстрозамораживателя входят механизм привода 20, тяга 21, соединяющая узел перемещения в той или иной конструктивной модификации с блоком фиксации 13.
Работа быстрозамораживателя осуществляется следующим образом.
При включении быстрозамораживателя в сеть электропитания, хладоноситель, циркуляцию которого в гидравлической цепи холодильного агрегата и изменение агрегатного состояния обеспечивает компрессор 5, начинает кипеть при низком давлении в теплообменнике-испарителе 8, понижая его температуру.
В компрессоре 5 отсасываемый из испарителя 8 хладагент сжимается, переводится в жидкое состояние и при высоком давлении поступает в конденсатор 6, где от него
посредством потока воздуха, создаваемого вентилятором 7, производится отвод тепла во внешнюю среду.
Поток хладоносителя, в конкретном случае - воздуха, циркуляция которого в рабочей камере 3 создается посредством нагнетателя 9, в конкретном случае - вентилятором, протекая через испаритель 8, охлаждается и далее, поступая в рабочую камеру 3, обеспечивает охлаждение как всего объема камеры 3, так и всех находящихся в нем элементов и узлов устройства - блока фиксации 13, узла перемещения и т.д.
При достижении в рабочей камере 3 температуры, соответствующей режиму замораживания, открывают дверь 2 рабочей камеры 3 и размещают в блоке фиксации 13 ложементы 10 с емкостями 11, в конкретном случае, полимерными пакетами с биоматериалом 12, предназначенным к замораживанию.
При включении механизма привода 20, возвратно-поступательное или вращательное движение его исполнительного элемента посредством тяги 21 передается узлу перемещения блока фиксации 13 ложементов 10, в которых размещены емкости 11 (полимерные пакеты) с биоматериалом 12.
Поток хладоносителя, создаваемый в рабочей камере 3 нагнетателем 9 и охлаждаемый при протекании через теплообменник-испаритель 8, проходя через отверстия 14 в стенках блока фиксации 13 в полость (в стенках полого прямоугольного параллелепипеда), в которой размещены ложементы 10, обуславливает охлаждение и последующее замораживание биоматериала 12 внутри емкостей 11.
Однако, кластеры льды, образующиеся внутри емкостей 11, в предложенном устройстве не слипаются в единую корку на внутренней поверхности. Вследствие создаваемого при замораживании движения емкостей 11 (пакетов) с ускорением, периодически меняющемся по величине и направлению, кластеры льда отрываются от внутренней поверхности и равномерно распределяются в объеме биоматериала 12.
В зависимости от конкретного конструктивного исполнения узлов быстрозамораживателя, при замораживании биоматериала 12 ложементы 10с емкостями 11 могут быть приведены в возвратно-поступательное движение на каретке 15 с роликами 16 по направляющим 17 или в колебательное движение на втулках 18 в подшипниках 19.
В предложенном устройстве благодаря создаваемому при замораживании биоматериала 12 движению ложементов 10 с ускорением периодически меняющемся по величине и направлению и реализуемому перемешиванию жидкого биоматериала 12 внутри емкостей 11 обеспечивается поддержание высокой интенсивности теплоотвода из всего объема емкостей 11 в течение всего акта замораживания и, как следствие,
достижение высокой скорости замораживания, существенно превышающей скорость замораживания в известном устройстве при одинаковых температурах замораживания.
В свою очередь, это обеспечивает получение биоматериала с максимально возможным содержанием компонентов, определяющих критериальные биологические показатели.