ТЕРМОСТАТ

Полезная модель относится к области теплотехнических аппаратов, например, термостатов-холодильников, термостатов-инкубаторов, предназначенных для хранения унифицированных элементов, например, емкостей в виде стеклянных бутылок или полимерных пакетов с хранящимися или культивируемыми биологическими продуктами, таких как, компоненты и препараты донорской крови, одинаковых по форме упаковок с лекарственными и иммунобиологическими веществами и др.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному термостату относится холодильник в виде шкафа, содержащий корпус, теплоизолированную рабочую камеру, выполненную в виде полого, открытого с одной стороны параллелепипеда, разделенную полками на секции, в которых размещены укладки в виде контейнеров для размещения с целью хранения элементов, например, продуктов, выполненных в виде полых, открытых сверху параллелепипедов. (GB 1085044 кл. F25D 25/02 27.09.1967).
Недостаток известного термостата, принятого за прототип, состоит в низком значении коэффициента полезного использования объема рабочей камеры, определяемого из отношения
,
емк
paб.кaм
где V и V., соответственно, объем элемента, например, емкости с биопродуктом и объем рабочей камеры аппарата;
N - число элементов.
Этот недостаток обусловлен тем, что наружные размеры элементов, предполагаемых к размещению в рабочей камере, не связаны каким-либо образом с внутренними размерами - глубиной, шириной, высотой, как рабочей камеры, так и ее секций. В свою очередь, это обуславливает появление в секциях рабочей камеры зазоров свободного пространства, меньших размеров унифицированных элементов, в которые последние не могут быть уложены.
Использование в известном термостате контейнеров для размещения элементов в виде емкостей, размеры которых не связаны с размерами емкостей, еще больше усугубляет вышесказанное.
Кроме того, осуществление размещения в рабочей камере произвольным образом термостатируемых элементов обусловливает, в свою очередь, дополнительную объемную неизотермичность и реализацию неодинковых температурных режимов в каждом из них.
Задачей полезной модели является повышение значения коэффициента полезного использования пространства рабочей камеры при размещении в ее секциях унифицированных элементов, например, емкостей с биологическим продуктом.
Указанный технический результат достигается тем, что термостат содержит корпус, теплоизолированную рабочую камеру, выполненную в виде полого, открытого с одной стороны параллелепипеда, укладки для размещения элементов, выполненные в виде полых, открытых сверху параллелепипедов. При этом размеры рабочей камеры рабочей камеры выполнены такими, что из девяти возможных отношений внутренних размеров рабочей камеры, определяющих ее ширину, глубину и высоту, к наружным размерам укладок, определяющих их ширину, глубину и высоту, по меньшей мере значения трех отношений , выбранных в качестве первых критериальных отношений, находятся в диапазоне от  до , где  - целая часть числа первого выбранного критериального отношения, . Укладка может быть выполнена с возможностью размещения элементов в вертикальном положении, наружный габаритный размер укладки, определяющий ее высоту, выполнен не меньшим высоты элемента, а значения отношений внутренних размеров укладки, определяющих ее ширину и глубину, к наружным размерам элементов, определяющих их толщину и ширину, выбранных в качестве вторых критериальных отношений , находятся в диапазоне от  до , где  - целая часть второго выбранного критериального отношения, . Корпус может быть выполнен в виде шкафа, рабочая камера разделена полками на секции, высота, по меньшей мере, одной секции выполнена не меньшей высоты укладки, а в качестве первых критериальных отношений выбраны отношения внутренней ширины рабочей камеры к наружной ширине укладки и внутренней глубины рабочей камеры к наружной глубине укладки. Корпус может быть выполнен в виде ларя, а в качестве первых критериальных отношений выбраны отношения внутренней ширины рабочей камеры к наружной ширине укладки, внутренней высоты рабочей камеры к наружной высоте укладки, внутренней глубины рабочей камеры к наружной глубине укладки.
Сущность полезной модели поясняется графическим материалом. Для конкретизации в качестве унифицированных элементов выбраны однотипные емкости для различных биологических продуктов, донорской крови, плазмы, альбумина, физиологических растворов и т.д., используемые в медицинской практике - бутыли, полимерные пакеты. На фиг.1 представлена модификация укладки для размещения полимерных пакетов, вид спереди; на фиг.2 - вид этой укладки сбоку; на фиг.3 представлена модификация укладки для размещения бутылок; на фиг.4 - вид сбоку этой укладки; на фиг.5 представлен термостат в виде термошкафа, в секциях которого размещены укладки с унифицированными емкостями в виде полимерных пакетов с биологическим продуктом; на фиг.6 представлен термостат в виде ларя, в
рабочей камере которого размещены посредством штабелирования укладки со однотипными стеклянными бутылками, заполненными биологическим продуктом.
Предложенный термостат содержит наружный корпус 1 с дверью 2, рабочую камеру 3, огражденную от корпуса 1 слоями теплоизоляции 4. В варианте исполнения термостата в виде шкафа (фиг.5) рабочая камера 3 разделена полками 5 на секции 6, в которых размещаются укладки 7 с унифицированными емкостями 8, заполненными биопродуктом.
В варианте исполнения термостата в виде ларя (фиг.6) рабочая камера 3 разделена вертикальными перегородками 9 на секции, в которых размещены укладки 7, конструктивно выполненные с возможностью штабелирования одна на другую.
Как видно из фиг.5, внутренний размер рабочей камеры 3, определяющий ее глубину , выполнен превышающим величину, кратной наружной габаритной длине укладки 7 , внутренний размер рабочей камеры 3, определяющий ее ширину , выполнен превышающим величину, кратной наружной габаритной ширине укладки 7 , а высота секции 6 выполнена не меньшей размера, определяющего габаритную высоту укладки 7.
Аналогично, из фиг.6 видно, что внутренний размер рабочей камеры 3 термостата, выполненного в виде ларя, определяющий ее глубину , выполнен превышающим величину, кратную наружной габаритной высоте укладки 7 , внутренний размер рабочей камеры 3, определяющий ее длину , выполнен превышающим величину, кратную наружной габаритной длине укладки 7 , а ширина вертикальной секции 6 рабочей камеры 3 выполнена не меньшей габаритной ширины укладки 7.
В свою очередь, внутренний размер укладки 7 по длине , выполнен превышающим величину, кратной одному из размеров емкости 8 (либо толщине , либо ширине ), а при этом другой внутренний размер укладки 7 - размер по ширине , выполнен превышающим величину, кратную другому габаритному размеру емкости 8 (либо ширине , либо толщине , а высота укладки выполнена не меньшей высоте
емкости 8.
Величина технологического зазора, который должен быть предусмотрен между укладками 7 при конструировании термостата, размещаемыми в объеме рабочей камеры 3, может определять либо их очень плотную компоновку в секциях 6, что соответствует минимальному значению  либо определять их расстановку в секциях 6 с возможностью обеспечения необходимой циркуляции воздуха .
При равномерном рассредоточении укладок 7 в секции 6 можно написать:
Из равенства (А) можно получить:
В свою очередь,
Из равенств (Б) и (В) следует:
В качестве примера определим возможные диапазоны размеров зазоров при использовании укладок 7 с габаритными размерами:
ширина = 150 мм
длина = 500 мм.
Укладки 7 размещены по 3 шт. вдоль ширины полок 5 секций 6 термостата в виде шкафа и по 2 шт. вдоль глубины полок 5.
1
При n=3 значение  находится в диапазоне от 0,0025 до 0,27; соответственно величина зазора между укладками по ширине секции 6, определяемого п.1 формулы изобретения (полезной модели) находится в диапазоне от 0,4 мм до 30 мм.
1
При n=2 значение  находится в диапазоне от 0,0033 до 0,27; соответственно величина зазора между укладками 7 по глубине секции 6, определяемого п.1 формулы изобретения (полезной модели) находится в диапазоне от 1,25 мм до 135 мм.
1
Таким образом, диапазон значений K, приведенный в п.1 формулы изобретения (полезной модели) определяет как очень плотную и конструктивно необходимую упаковку укладок 7 по глубине рабочей камеры 3, так и упаковку, позволяющую обеспечивать необходимый уровень циркуляции воздуха в рабочей камере 3 для реализации необходимой степени объемной изотермичности.
2
Аналогично, диапазон значений К, приведенный в п.2 формулы изобретения (полезной модели), определяет необходимый критерий плотности упаковки емкостей в укладке, причем более высокий, нежели критерий упаковки укладок в камере.
В состав термостата входит управляемый блок теплового воздействия (на чертежах не показан), посредством которого в рабочей камере 3 обеспечивается заданный температурный режим, который, в зависимости от выбранной электронно-тепловой схемы, может представлять собой, например:
- нагреватель;
- панельные испарители (на черт. не показаны) компрессионного холодильного агрегата (на черт. не показан), встроенные в полки 5;
- компактный испаритель (на черт. не показан) компрессионного холодильного агрегата, размещенный в воздушном канале, в котором создан принудительный поток воздуха;
- радиатор (на черт. не показан), подключенный к тепловоздействующей поверхности полупроводникового термомодуля (на черт. не показан), реализующего эффект Пельтье и др.
Работа предложенного термостата зависит от используемой электронно-тепловой схемы, типа блока теплового воздействия, и сводится к обеспечению заданных временных характеристик нестационарных температурных процессов при выходе на режим, к дозировке теплового воздействия, определенного направления при реализации с требуемой точностью в рабочей камере 3 заданного режима термостатирования.
Применение предложенного термостата осуществляется следующим образом.
Унифицированные емкости 8 с биопродуктом (например, полимерные пакеты, заполненные компонентами донорской крови, бутыли), подлежащим термостатированию, размещают в укладках 7.
1
1
Так как ширина внутренней полости укладки 7 выполнена приблизительно кратной наружной габаритной ширине емкости 8, то внутри укладки 7 формируются ряды из N емкостей 8, где число N, в зависимости от габаритной ширины емкости 8, равно
Количество рядов N2 емкостей 8 внутри укладки 7 равно:
3
4
Укладки 7, заполненные емкостями 8, размещают в секции 6, высота которой, т.е. расстояние между соседними полками 5, выполнена равной высоте укладки 7. При этом на каждой полке 5 размещают N×N укладок, где
При необходимости размещения в рабочей камере для длительного хранения большого количества однотипных емкостей с биопродуктом, например, полимерных пакетов, содержащих по 0,25÷0,3 л плазмы крови в процессе карантинизации при температуре минус (30÷40)°С, все секции рабочей камеры аппарата могут быть выполненными одинаковой высоты, определяемой высотой емкости. В этом случае количество емкостей,
1
2
3
4
5
5
размещаемых в рабочей камере аппарата, составляет N×N×N×N×N, где N - число секций.
Благодаря тому, что в предложенном термостате соответствующие размеры емкостей, укладок, секций рабочей камеры связаны между собой вышеописанным образом, коэффициент полезного использования объема рабочей камеры достигает максимально возможного значения.
Кроме того, в предложенном термостате пространственная ориентация емкостей с биопродуктом в рабочей камере не является произвольной, что наблюдается в известных термостатах, а является строго вертикальной, а именно таковой, как это предусмотрено соответствующими нормативными документами.