Портативная термостатическая установка
PORTABLE THERMOSTATIC UNIT

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к области хранения и транспортировки биопрепаратов.
Из существующего уровня техники известна мобильная термостатическая установка (патент RU 169988 U1. Мобильная термостатическая установка. МПК F25D 3/14. Заявка №2016124062 от 16.06.2016, опубл.: 11.04.2017 в Бюл. №11). Данное устройство позволяет получить эффект поддержания в термоконтейнере оптимальной для хранения биопрепаратов температуры при более высокой или низкой температуре внешней среды. Заявленный эффект достигается тем, что используемый термоконтейнер снабжен вихревой трубкой Ранка-Хилша, позволяющей создавать во внутреннем объеме термоконтейнера заданную для каждого конкретного биологического объекта необходимую температуру и поддерживать ее неограниченно долгое время при работающей вихревой трубке Ранка-Хилша.
Недостатком данного технического решения является то, что температура внутри термоконтейнера регулируется по рабочему давлению, подаваемому на вход вихревой трубки Ранка-Хилша, таким образом, невозможно узнать точную температуру внутри термоконтейнера и точную температуру воздуха, выходящего из вихревой трубки.
Также известен переносной термостат (патент RU 2054608 С1. Переносной термостат для транспортировки и хранения биологических субстанций. МПК F25D 3/14, Заявка №93009154/13 от 17.02.1993, опубл.: 20.02.1996), который содержит термоизолированный корпус с крышкой и рабочую камеру, термоэлектрический модуль, блок автоматического управления с пультом, радиатор, вентилятор и вентиляционное окно в корпусе с предохранительной решеткой. Камера выполнена из коррозионно-стойкого металла, радиатор и вентилятор размещены под днищем рабочей камеры, а нижняя часть корпуса термостата снабжена приспособлением, включающим опоры для его крепления на транспортном средстве с образованием зазора для обеспечения прохода воздуха в вентиляционное окно, а крышка термостата снабжена блоком, включающим люк для соединения с дренажными средствами жизнеобеспечения донорских органов.
Недостатки термостата - сложность конструкции и необходимость использования внешнего источника питания.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является возможность регулирования и поддержания необходимого температурного режима внутри термоконтейнера с точностью до десятых долей градуса Цельсия в широком диапазоне температур, что является обязательным условием для хранения и транспортировки термочувствительных биологических объектов.
Указанный технический результат достигается применением в конструкции портативной термостатической установки, включающей термоконтейнер, внутри которого расположена теплообменная камера установки, а по периметру между термоконтейнером и теплообменной камерой установки размещены термогранулы, и вихревую трубку Ранка-Хилша, автоматизированной системы управления и поддержания необходимого температурного режима. Заявленная система состоит из платы управления, LCD монитора с кнопками, термодатчика и электромагнитных клапанов. Плата управления представляет собой микрокомпьютер, содержащий микроконтроллер и программатор и имеющий порты входа для считывания поступающей информации от температурного датчика и команд пользователя, задаваемых через LCD монитор с кнопками. Порты выхода служат для сообщения с исполнительными устройствами (электромагнитные клапаны) и пользователем через LCD монитор. Микроконтроллер необходим для обработки массива данных и хранения кода программы, программатор используется для конструирования необходимого кода рабочей программы. Наличие в плате управления стабилизатора питания и порта питания позволяет запитать плату через USB разъем. LCD монитор с кнопками позволяет визуализировать и регулировать температурный режим с точностью до 0,1°С. Термодатчик измеряет температуру с точностью до 0,1°С. Электромагнитный клапан и двухканальные пневмораспределители используются для выбора необходимого воздушного потока и питания вихревой трубки.
Вихревой эффект Ранка-Хилша используется для поддержания температуры пространства рабочей камеры в диапазоне от минус 40°С до плюс 50°С), а также применены термогранулы, обладающие высокой теплоемкостью и добавленные непосредственно в рабочую камеру, что дает возможность длительного поддержания заданной температуры рабочей камеры установки. Вихревой эффект (эффект Ранка-Хилша) - эффект разделения газа или жидкости на две фракции при закручивании в цилиндрической или конической камере (рабочая камера вихревой трубки Ранка-Хилша), при этом периферия рабочего тела образует закрученный поток с большой температурой (до плюс 50°С), а в центре - охлажденный поток (температура до минус 40°С, закрученный в противоположную сторону).
Сущность изобретения поясняется принципиальной схемой установки, изображенной на Фигуре.
Работает устройство следующим образом: в рабочий объем 13 термоконтейнера (например, термоконтейнер марки ТМ-20, выпускаемый компанией «Термо-Конт МК», www.termokont.ru) 10, в котором находится теплообменная камера установки 12 (например, камера "Снайге", производитель: Литва, http://www.snaige.lt) 12 и по периметру между термоконтейнером 10 и теплообменной камерой установки 12 размещены термогранулы 11 (LabArmor, http://www.bioline.ru/catalog/116/), помещается биопрепарат. Затем на вход теплообменной камеры установки 12 прикрепляется выход холодного и горячего потоков воздуха вихревой трубки Ранка-Хилша 5 (Pmax = 17 Bar, производитель USA, http://www.exair.com/en-us/Pages/default.aspx). На вход вихревой трубки Ранка-Хилша подается воздух из источника сжатого воздуха 1 через фильтр 2 и электромагнитный пневматический клапан 3 (производитель: Россия, https://pneumoprivod.ru/pnevmoraspredeliteli/valve_v-seria.htm).
Электромагнитный воздушный клапан 3 служит для запуска или остановки вихревой трубки Ранка-Хилша 5 путем открытия или закрытия подачи в вихревую трубку сжатого воздуха из источника сжатого воздуха 1. На горячем и холодном выходах вихревой трубки стоят двухканальные пневмораспределители 4 и 6 (производство: Россия, например, https://pneumoprivod.ru/pnevmoraspredeliteli/valve_v-seria.htm), которые служат для подачи холодного или горячего воздуха в теплообменную камеру установки 12; при этом воздух с неиспользуемого в данный момент выхода трубки сбрасывается через пневмораспределитель в атмосферу, а воздух с используемого в данный момент выхода трубки через пневмораспределитель попадает в теплообменную камеру установки. Выбор используемого выхода вихревой трубки зависит от температуры, необходимой для находящегося внутри термоконтейнера биообъекта. Температура внутри термоконтейнера считывается при помощи термодатчика 9 (производитель Китай, например, https://market.yandex.ru/search?text=%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%BE%D0%B4%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8%D0%BA&clid=545&local-offers-first=0) с точностью до десятых долей градуса Цельсия. Управление электромагнитными воздушными клапанами, а следовательно и температурными воздушными потоками, происходит платой управления, например, платой Arduino 8 (производитель: Китай, например, https://fastnvr.ru/all-for-arduino/displei-i-indikatory/LCD16x2-Shield-Green-screen?frommarket=https%3A&ymclid=373448159167015286400001) через LCD монитор с кнопками 7 (производитель Китай, например, https://fastnvr.ru/all-for-arduino/displei-i-indikatory/LCD16x2-Shield-Green-screen?frommarket=https%3A&ymclid=373448159167015286400001). LCD монитор с кнопками необходим для визуализации температурного режима и, при необходимости, его корректировки в режиме реального времени. Питание электрической схемы осуществляется через USB разъем платы управления 8.
Таким образом, холодный или горячий поток из вихревой трубки 5 попадает в теплообменную камеру установки 12, проходит по ее контуру, тем самым обеспечивая требуемый температурный режим внутри термоконтейнера 10.