БЫСТРОЗАМОРАЖИВАТЕЛЬ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ ЗАПОЛНЕННЫХ БИОЛОГИЧЕСКИМИ МЕДИЦИНСКИМИ СУБСТАНЦИЯМИ ПОЛИМЕРНЫХ ПАКЕТОВ
QUICK FREEZER PREFERENTIALLY FOR POLYMER PACKS FILLED WITH BIOLOGICAL MEDICAL SUBSTANCES

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и предназначено для быстрого замораживания различных растворов, в частности плазмы крови, помещенных в полимерные пакеты.
Известны быстрозамораживатели ГЕМОГЕРМ-Z, в которых высокая скорость замораживания пакетов с плазмой достигается использованием механической тележки с пакетами, совершающей движения с ускорением, периодически меняющимся по величине и направлению, что обеспечивает перемешивание содержимого пакетов, исключая образование корки льда, затрудняющей, из-за низкой теплопроводности, замораживание плазмы. Быстрозамораживатели FEMOTEPM-Z обеспечивают замораживание контейнеров с плазмой либо в потоке принудительно циркулирующего охлажденного до температуры минус (40-50)°C воздуха, либо в среде жидкого теплоносителя (этилового спирта), предварительно охлажденного до температуры минус (40-50)°C. Замораживание в низкотемпературной воздушной среде приводит к использованию сложных двухкаскадных холодильных машин, а малая теплоемкость воздуха исключает эффективный отбор тепла от контейнеров с плазмой. Процесс замораживания в среде охлажденного жидкого теплоносителя сокращает время замораживания, но увеличивает пожаро-взрывоопасность помещения, в которое попадает спирт, испарившийся с контейнеров после их извлечения, существует реальная опасность термического поражения обслуживающего персонала при контакте с холодным спиртом, над поверхностью холодного спирта при установке и извлечении контейнеров с плазмой образуется туман, затрудняющий работу персонала, а унос спирта с пакетами и попадание влаги воздуха в емкость со спиртом приводит к понижению концентрации спирта и необходимости периодически компенсировать его потери.
Наиболее близким но технической сущности и достигаемому результату является быстрозамораживатель, известный из патента RU 2438076 C1, МПК: F25D 13/00, F25B 21/02, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, заполненной охлажденной жидкостью и подключенной к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, контактирующие с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами, контактирующих в свою очередь с размещенным(и) между ним(и) охлаждаемым(и) накетом(ами) при этом термоэлектрические модули снабжены блоком питания, а на теплопроводящих пластинах установлены датчики температуры, подключенные к системе управления и контроля, которая связана с коммутатором полярности тока, соединенным с блоком питания термоэлектрических модулей, при этом блок питания, система управления и контроля изолированы от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей и контроля, в отличие от известного в него введены для каждого пакета устройства перемешивания содержимого полимерного пакета до момента замерзания биологической медицинской субстанции.
Недостатком быстрозамораживателя является большая площадь поверхности пакета, не имеющей контакта с теплопроводящими поверхностями и охлаждаемой через воздух, что приводит к уменьшению скорости охлаждения, так как охлаждение воздухом значительно уступает контактному отводу тепла.
Техническим результатом изобретения является сокращение времени замораживания помещенных в полимерные пакеты продуктов и растворов, в частности плазмы крови.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в быстрозамораживатель, преимущественно для заполненных биологическими медицинскими субстанциями полимерных пакетов, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, заполненной охлажденной жидкостью и подсоединенной к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, контактирующие с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами, контактирующими в свою очередь с размещенным(и) между ними охлаждаемым(и) пакетом(ами), при этом термоэлектрические модули снабжены блоком питания, при этом блок питания изолирован от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей, отличающийся тем, что полость, образованная теплопроводящими пластинами заполнена жидкостью, в которой размещен(ы) охлаждаемый(с) пакет(ы) и выполнена герметичной, а температура замерзания жидкости ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, размещенных на внешней стороне указанной полости.
Увеличение скорости замораживания решается тем, что жидкость (например, пропиленгликоль,) заполняющая полость, образованную теплопроводящими пластинами, контактируя с той частью поверхности пакетов, которая не касается теплопроводящих пластин, обеспечивает лучшую теплопередачу от теплопроводящих пластин к поверхности пакета по сравнению с воздухом, так как коэффициент теплопроводности пропиленгликоля - 0,218 Вт/мК, а воздуха при температуре минус 30°C примерно 0,02 Вт/мК.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена структура быстрозамораживателя с параллельным размещением теплопроводящих пластин, и фиг.2, на которой приведена структура быстрозамораживателя с расположением теплопроводящих пластин под углом друг к другу.
1
1
При этом на фиг.1 и фиг.2 представлены: холодильное устройство 1 с гидравлической магистралью 2, заполненной охлаждающей жидкостью, прокачиваемой насосом 3 через теплообменники 4, которые контактируют с одной из сторон термоэлектрических модулей 5. Другая сторона термоэлектрических модулей 5 контактирует с теплопроводящими пластинами 6, образующими герметичную полость и между которыми размещен контактирующий с ними охлаждаемый полимерный пакет 7, 7 заполненный, например, плазмой крови. Термоэлектрические модули 5 снабжены блоком питания 8, который изолирован от теплопроводящих пластин 6 с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами 7, 7теплоизолирующей стенкой 9, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей 5. Герметичная полость между теплопроводящими пластинами 6 заполнена жидкостью 10 с низкой температурой замерзания.
1
1
1
1
Предложенное устройство работает следующим образом. Запускают в работу холодильное устройство 1. Включают насос 3, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в замкнутом гидравлическом контуре 2, охлажденного в холодильном устройстве 1 до необходимой минусовой температуры, например до минус 5°C. Подключают к сети электропитания блок питания 8 термоэлектрических модулей 5, благодаря чему электроэнергия поступает в термоэлектрические модули 5. Поверхности термоэлектрических модулей 5, контактирующие с теплообменниками 4, начинают выделять тепло, которое сбрасывается через теплообменники 4 в теплоноситель замкнутой гидравлической магистрали 2 и поступает в холодильное устройство 1. Поверхности термоэлектрических модулей 5, контактирующие с теплопроводящими пластинами 6, образующими герметичную полость, заполненную жидкостью 10 с низкой температурой замерзания, начинают охлаждать поверхности полимерного пакета 7, 7 контактирующие с теплопроводящими пластинами 6, что приводит к ускоренному охлаждению. Охлажденный теплоноситель проходит по теплообменникам 4 и отводит тепло от горячих поверхностей термоэлектрических модулей 5, поддерживая температуру этих поверхностей стабильной и более низкой, чем температура окружающей среды. Так как охлаждение пакета 7, 7 происходит не только за счет контакта части его поверхности с теплопроводящими пластинами 6, но и через остальную поверхность полимерного пакета 7, 7 через жидкость 10 с низкой температурой замерзания, которая ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, исключая тем самым образование льда, то содержимое полимерного пакета 7, 7 охлаждается более эффективно.
Для реализации предлагаемого технического решения могут быть использованы: в качестве термоэлектрических модулей 5 - термоэлектрические модули PM-127-14-11-72-L фирмы ООО «Кристалл», а качестве жидкости 10 можно применять пропиленгликоль, широко используемый в медицине.
Эксперименты показали, что использование пропиленгликоля сократило время замораживания пакета емкостью 0,3 литра до 8 минут, а без пропиленгликоля тот же пакет замораживался 13 минут.
1
Так как в гематологии нет требований к объему плазмы крови, помещаемой в пакет конкретного объема, то для обеспечения большей площади контакта полимерного пакета 7 при различном отношении объема плазмы к объему пакета, с теплопроводящими пластинами 6, минимум две теплопроводящие пластины 6, из образующих герметичную полость, расположены под острым углом друг к другу. Решение данной задачи поясняется фиг.2, на которой показаны контакты полимерного пакета 7 и 7 (пунктир) с теплопроводящими стенками 6 при различном заполнении плазмой.
Предлагаемый быстрозамораживатель, преимущественно полимерных пакетов, заполненных биологическими медицинскими субстанциями, например плазмой крови, превосходят но скорости замораживания все аналогичные устройства, отличается удобством в эксплуатации и большой надежностью в работе.