RU2031333C1

RU2031333C1 - Cryogenic storage for biologic materials

Info

Publication number: RU2031333C1
Application number: RU94005556A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Сидоров; Сергей Борисович Борисов; Константин Борисович Борисов; Александр Абрамович Аксенцов; Евгений Николаевич Туманин; Владимир Дмитриевич Лазакович
Original assignee: Юрий Николаевич Сидоров; Сергей Борисович Борисов; Константин Борисович Борисов; Александр Абрамович Аксенцов; Евгений Николаевич Туманин; Владимир Дмитриевич Лазакович
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 1995-03-20

Abstract

FIELD: cryogenics. SUBSTANCE: cryogenic storage has cylindrical heat-insulated vessel and chamber disposed inside the vessel. Space of the chamber is isolated from the space of the vessel. Storage also has neck for loading and removing objects of storage. Neck entrance is disposed at side surface of the vessel. Chamber is made in form of body of revolution. Multisectional rotary unit is disposed inside the chamber for placing biologic materials. EFFECT: improved convenience of application; reduced losses for evaporation of cryogenic liquid. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам криогенной техники - емкостям большого (> 100 л) объема для ранения биологических материалов (компонентов крови, костного мозга и т.п.) при криогенных температурах. The invention relates to devices of cryogenic technology - large containers (> 100 l) of volume for injuring biological materials (blood components, bone marrow, etc.) at cryogenic temperatures.

Известно криогенное хранилище (КХ) ХБ-0,5 [Криогенное оборудование, каталог. М. : ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1985]. Хранилище представляет собой сосуд цилиндрической формы с объемом заправляемого жидкого азота ≈500 л. Внутри хранилища расположен стеллаж, в котором размещаются контейнеры с замороженными биологическими материалами (компонентами крови). Доступ к контейнерам осуществляется через горловину с крышкой в верхней части сосуда. Для загрузки и извлечения контейнеров используются специальные щипцы. Данное КХ имеет следующие недостатки: контейнеры с биологическим материалом (БМ) хранятся непосредственно в среде криогенной жидкости и, следовательно, при их извлечении имеются дополнительные потери криогенной жидкости на испарение; для обеспечения доступа к объектам хранения, расположенных по всему сечению хранилища, используется горловина большого диаметра близкого к внутреннему диаметру хранилища, что также приводит к увеличению потерь криогенной жидкости за счет теплопритоков через горловину; загрузка БМ в два и более слоя для увеличения объема хранимого БМ не обеспечивает доступ к отдельно взятому объекту хранения, требуемому в данный момент. Таким образом затрудняется более рациональное использование объема хранилища. Known cryogenic storage (KH) HB-0.5 [Cryogenic equipment, catalog. M.: TSINTIHIMNEFTEMASH, 1985]. The storage is a cylindrical vessel with a volume of refueling liquid nitrogen ≈500 l. Inside the warehouse there is a rack in which containers with frozen biological materials (blood components) are placed. Access to containers is through the neck with a lid in the upper part of the vessel. Special forceps are used to load and remove containers. This KH has the following disadvantages: containers with biological material (BM) are stored directly in the environment of cryogenic liquid and, therefore, when they are removed, there are additional losses of cryogenic liquid by evaporation; to provide access to storage facilities located throughout the section of the storage, a large neck is used that is close to the internal diameter of the storage, which also leads to an increase in losses of cryogenic liquid due to heat inflows through the neck; loading BM in two or more layers to increase the volume of stored BM does not provide access to a single storage object required at the moment. Thus, more rational use of storage volume is hindered.

Криогенное хранилище по авт.св. СССР N 1271474 представляет собой сосуд цилиндрической формы, контейнеры с БМ внутри сосуда находятся в специальных цилиндрических пеналах (камерах), устанавливаемых в отверстия горизонтальной пластины, равномерно расположенные по концентрическим окружностям. В верхней части сосуда выполнены отверстия для доступа к объектам хранения. Количество отверстий равно количеству указанных концентрических окружностей. Пластина с пеналами поворачивается при помощи выведенного наружу вала. Доступ к объектам хранения осуществляется через ограниченные по площади отверстия в верхней части сосуда. Это КХ позволяет, по сравнению с КХ описанным выше: уменьшить потери на испарение криогенной жидкости при загрузке и извлечении контейнеров; уменьшить потери криогенной жидкости за счет снижения теплопритока через верхнюю часть сосуда; облегчить поиск и извлечение контейнеров. Automatically cryogenic storage USSR N 1271474 is a cylindrical vessel, containers with BM inside the vessel are located in special cylindrical canisters (chambers) installed in the holes of the horizontal plate, evenly spaced along concentric circles. Holes are made in the upper part of the vessel for access to storage facilities. The number of holes is equal to the number of specified concentric circles. The plate with pencil cases is rotated with the help of the shaft pulled out. Access to storage facilities is through openings limited in area in the upper part of the vessel. This KH allows, in comparison with the KH described above: to reduce losses on the evaporation of cryogenic liquid when loading and removing containers; reduce the loss of cryogenic fluid by reducing heat gain through the upper part of the vessel; facilitate the search and retrieval of containers.

Криогенное хранилище по авт.св. N 1399617 аналогично рассмотренному и отличается от него дополнительной механизацией процесса загрузки и извлечения контейнеров, что повышает удобство пользования. Механизация обеспечивается использованием телескопической стойки с поворотной балкой и приспособлением для перемещения контейнеров. Automatically cryogenic storage N 1399617 is similar to that considered and differs from it by additional mechanization of the process of loading and removing containers, which increases usability. Mechanization is provided by using a telescopic rack with a swinging beam and a device for moving containers.

Недостатки рассмотренных КХ:
поскольку при загрузке и извлечении объектов хранения открывается доступ к свободной поверхности криогенной жидкости, существуют дополнительные ее потери на испарение;
невозможен доступ к отдельно взятому объекту хранения. Для рационального использования всего объема сосуда (для обеспечения максимальной его загрузки) необходимо расположение объектов хранения как по всему сечению сосуда, так и по его длине, однако при расположении контейнеров с БМ по длине цилиндрических пеналов возможно или их последовательное извлечение от верхнего к находящемуся на дне пенала или извлечение всего пенала с контейнерами;
необходимы дополнительные средства механизации для загрузки и извлечения объектов хранения;
хранение контейнеров с БМ происходит в их непосредственном контакте с криогенной жидкостью, что не всегда желательно.The disadvantages of the reviewed KH:
since when loading and extracting storage objects, access to the free surface of the cryogenic liquid opens, there are additional losses due to evaporation;
Unable to access a single storage object. For rational use of the entire volume of the vessel (to ensure its maximum load), it is necessary to arrange storage objects both over the entire cross section of the vessel and along its length, however, when containers with BM are located along the length of cylindrical canisters, they can be sequentially removed from the top to the bottom case or extraction of the entire case with containers;
additional mechanization tools are needed to load and retrieve storage objects;
storage of containers with BM occurs in their direct contact with cryogenic liquid, which is not always desirable.

В криогенном хранилище по авт.св. СССР N 1434219, также представляющем собой сосуд цилиндрической формы, контейнеры с БМ располагаются в неподвижно устанавливаемых в сосуде цилиндрических пеналах (камерах), изолированных от криогенной жидкости и расположенных по концентрическим окружностям. Открытый конец пеналов закрыт поворачиваемой крышкой с отверстиями. Количество отверстий равно количеству упомянутых концентрических окружностей. In cryogenic storage USSR N 1434219, also a cylindrical vessel, containers with BM are located in cylindrical canisters (chambers), which are motionlessly installed in the vessel, isolated from cryogenic liquid and located on concentric circles. The open end of the pencil cases is closed by a rotatable lid with holes. The number of holes is equal to the number of said concentric circles.

В этом КХ устранен недостаток уже рассмотренных КХ связанный с потерями криогенной жидкости на испарение при загрузке и извлечении контейнеров с БМ, а также улучшены условия хранения контейнеров с БМ благодаря отсутствию их непосредственного контакта с криогенной жидкостью. This SC has eliminated the drawback of the SC already considered related to the loss of cryogenic liquid due to evaporation during loading and removal of containers with BM, as well as improved storage conditions of containers with BM due to the lack of direct contact with cryogenic liquid.

Однако наличие поворачиваемой крышки большого размера не позволяет существенно уменьшить теплопритоки через верхнюю часть сосуда, поскольку требование по улучшению теплоизоляции крышки вступает в противоречие с требованием по обеспечению ее подвижности. However, the presence of a large rotatable lid does not significantly reduce heat inflow through the upper part of the vessel, since the requirement to improve the thermal insulation of the lid contradicts the requirement to ensure its mobility.

Для этого КХ также характерны недостатки, связанные с невозможностью доступа к отдельно взятым объектам хранения и необходимостью средств механизации для их загрузки и извлечения. This KH is also characterized by disadvantages associated with the inability to access individual storage facilities and the need for mechanization to load and retrieve them.

Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков, а именно: обеспечение рационального использования всего объема сосуда (максимальной его загрузки) с возможностью доступа к отдельно взятому объекту хранения; облегчение доступа к объектам хранения, их загрузка и извлечение без использования дополнительных средств механизации; снижение теплопритоков к криогенной жидкости и ее потерь на испарение. The aim of the invention is to remedy these shortcomings, namely: ensuring the rational use of the entire volume of the vessel (its maximum load) with the ability to access a single storage facility; facilitation of access to storage facilities, their loading and extraction without the use of additional means of mechanization; decrease in heat influx to cryogenic liquid and its losses due to evaporation.

В предлагаемом криогенном хранилище хранение контейнеров с БМ осуществляется в камерах изолированных от криогенной жидкости, как и в КХ по авт. св. СССР N 1434219. Отличием предлагаемого КХ является расположение входа в горловину камеры на боковой поверхности цилиндрического сосуда, форма камеры, представляющая собой тело вращения, например цилиндр, расположенный в камере с обеспечением зазора между боковой поверхностью камеры и внутренней поверхностью сосуда, и имеющий соосное отверстие цилиндрической формы, и наличие многосекционного поворотного устройства типа барабана. In the proposed cryogenic storage, the storage of containers with BM is carried out in chambers isolated from cryogenic liquid, as well as in storage tanks by author. St. USSR N 1434219. The distinguished feature of the proposed KX is the location of the entrance to the neck of the chamber on the lateral surface of the cylindrical vessel, the shape of the chamber representing a body of revolution, for example, a cylinder located in the chamber with a gap between the lateral surface of the chamber and the inner surface of the vessel, and having a coaxial hole of the cylindrical shape, and the presence of a multi-section rotary device such as a drum.

В предлагаемом КХ, равно как и в КХ рассмотренных выше, используется цилиндрическая форма сосуда, которую можно считать оптимальной с точки зрения технологии изготовления и снижения теплопритоков к единице объема сосуда. In the proposed KH, as well as in the KH considered above, the cylindrical shape of the vessel is used, which can be considered optimal from the point of view of manufacturing technology and reducing heat inflows per unit volume of the vessel.

С учетом оказанного совокупность указанных признаков обеспечивает:
минимальное расстояние от наружной поверхности сосуда до располагаемых в камере объектов хранения, равное толщине оболочек сосуда с теплоизоляцией. Благодаря этому облегчается доступ к объектам хранения, упрощается их загрузка и извлечение, не требующая дополнительных средств механизации, это можно делать рукой в специальной перчатке;
расположение объектов хранения по всему сечению камеры (сосуда) в секциях поворотного устройства барабанного типа, которое обеспечивает доступ к любому отдельно взятому объекту хранения;
возможность установки камер в несколько уровней, что требуется для размещения объектов хранения в сосуде по всей его длине для решения задачи рационального использования объема сосуда (максимальной загрузки);
снижение потерь на испарение и теплопритоков к криогенной жидкости в предлагаемом КХ обеспечивается малой суммарной площадью отверстий для доступа к объектам хранения (определяемой размером объекта хранения и количеством отверстий) по отношению к объему хранимого БМ (определяемого объемом камер), при этом в верхней части сосуда отсутствуют крышки и другие подобные устройства, ухудшающие теплоизоляционные свойства сосуда.Given the combination of these features provides:
the minimum distance from the outer surface of the vessel to the storage objects located in the chamber, equal to the thickness of the shells of the vessel with thermal insulation. Thanks to this, access to storage facilities is facilitated, their loading and extraction is simplified, which does not require additional means of mechanization, this can be done by hand with a special glove;
the location of the storage objects throughout the cross section of the chamber (vessel) in the sections of the rotary device of the drum type, which provides access to any single storage object;
the ability to install cameras in several levels, which is required to place storage objects in the vessel along its entire length to solve the problem of rational use of the volume of the vessel (maximum load);
the reduction of evaporation losses and heat inflows to the cryogenic liquid in the proposed KH is ensured by the small total area of openings for access to the storage facilities (determined by the size of the storage object and the number of openings) in relation to the volume of stored BM (determined by the volume of the chambers), while there are no lids and other similar devices that impair the insulating properties of the vessel.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема предлагаемого криогенного хранилища; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1. The device is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of the proposed cryogenic storage; figure 2 is a section along aa in figure 1.

Криогенное хранилище состоит из теплоизолированного сосуда 1, камер 2 с горловиной 3 для доступа к объектам хранения. Внутри камер расположены поворотные устройства барабанного типа 4 с секциями для размещения объектов хранения (контейнеров с БМ) 5. Во время хранения горловины камер закрыты теплоизолированными люками 6. Для заправки КХ жидким азотом используется трубопровод 7. Для дренажа паров жидкого азота используется трубопровод 8. The cryogenic storage consists of a thermally insulated vessel 1, chambers 2 with a neck 3 for access to storage facilities. Rotary devices of drum type 4 with sections for accommodating storage objects (containers with BM) are located inside the chambers 5. During storage, the necks of the chambers are closed with heat-insulated hatches 6. A pipeline 7 is used for filling KH with liquid nitrogen. A pipe 8 is used for drainage of liquid nitrogen vapor.

Предлагаемое КХ используется следующим образом. Перед первой загрузкой КХ контейнерами с БМ производится его заправка жидким азотом через трубопровод 7. Пары азота, образующиеся при этом, отводятся через трубопровод 8. После окончания заправки и захолаживания конструкции КХ осуществляется загрузка предварительно замороженных контейнеров с БМ 5 в секции поворотного устройства барабанного типа 4. Для чего свободная секция устройства вручную (используется специальная перчатка) устанавливается напротив входа в горловину камеры, после чего в эту секцию помещается контейнер с БМ и напротив горловины камеры устанавливается очередная свободная секция для следующего контейнера с БМ. Для идентификации объектов хранения все секции пронумерованы. После окончания загрузки камера закрывается люком 6. Аналогично происходит загрузка камер на других уровнях. The proposed KX is used as follows. Before the first loading of KH with containers with BM, it is charged with liquid nitrogen through pipeline 7. The nitrogen vapors generated in this process are discharged through pipeline 8. After filling and cooling of the KX design, pre-frozen containers are loaded with BM 5 in the drum rotary section 4 Why the free section of the device is manually (using a special glove) installed opposite the entrance to the neck of the camera, after which a container with BM is placed in this section and chamber throat section is set free for the next following container BM. To identify storage objects, all sections are numbered. After the download is complete, the camera is closed by hatch 6. Similarly, the cameras are loaded at other levels.

Хранение контейнеров с БМ осуществляется при криогенной температуре, при этом камеры могут находиться или в контакте с криогенной жидкостью, или в газовой среде (после понижения уровня жидкости за счет испарения). После того, как уровень жидкого азота достигает заданной величины, производится дозаправка КХ. Storage of containers with BM is carried out at a cryogenic temperature, while the chambers can either be in contact with a cryogenic liquid or in a gas medium (after lowering the liquid level due to evaporation). After the level of liquid nitrogen reaches a predetermined value, refueling KX is performed.

Извлечение контейнеров с БМ производится аналогично загрузке. Removing containers from BM is similar to loading.

Claims

1. CRYOGENIC STORAGE FOR BIOLOGICAL MATERIALS, containing a cylindrical insulated vessel and a chamber located inside the vessel, the cavity of which is isolated from the vessel cavity, a neck for loading and removing storage objects, characterized in that the mouth entrance is located on the side surface of the vessel, the camera has the shape of a body rotation, and in the chamber there is a multi-section rotary device for placing storage objects.

2. Storage according to claim 1, characterized in that the chamber has the shape of a cylinder with a cylindrical hole along the axis of the chamber, coinciding with the axis of the vessel.

3. Storage according to claim 1, characterized in that the rotary device is made in the form of a drum with sections for placing storage objects.

4. The storehouse according to claim 1, characterized in that several chambers are located in the vessel along its length, and an appropriate number of entrances to the neck of the cameras are located on the side surface of the vessel.