RU2038549C1 - Устройство для замораживания биообъектов - Google Patents
Устройство для замораживания биообъектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2038549C1 RU2038549C1 SU5057398A RU2038549C1 RU 2038549 C1 RU2038549 C1 RU 2038549C1 SU 5057398 A SU5057398 A SU 5057398A RU 2038549 C1 RU2038549 C1 RU 2038549C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- refrigerant
- cooler
- temperature
- cooling
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Использование: в криогенной технике при программируемом замораживании образцов биологических материалов. Сущность: устройство для замораживания биообъектов содержит камеру в форме металлического блока с отверстиями для образцов, орган задания температуры и средство охлаждения и нагрева, включающее последовательно расположенные с обеспечением теплового контакта между ними термоэлемент, одна рабочая поверхность которого прилегает к камере, хладонакопитель с высокой теплоемкостью и теплопроводностью и охладитель. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к криогенной технике, а именно к устройствам для программируемого замораживания и размораживания образцов биологического материала, и может быть использовано преимущественно при криоконсервации спермы, яйцеклеток и ранних эмбрионов животных.
Известно устройство для программируемого замораживания биообъектов, содержащее теплоизолированную камеру для промежуточного теплоносителя и контейнеров с биообъектами, размещенный в ней теплообменник для хладагента, сообщенный с сосудом Дьюара, и блок регулирования температуры в камере, содержащий сосудом датчик температуры, задатчик программы и клапанную систему подачи хладагента [1]
Однако для данного устройства характерны недостаточная в ряде случаев скорость замораживания ≅ 2оС/мин, невысокие надежность и точность реализации программ замораживания, а также необходимость использования сжиженного газа хладагента, например жидкого азота. Недостаточная скорость замораживания обусловлена значительным тепловым сопротивлением камеры с жидким промежуточным теплоносителем, которое обеспечивает теплообмен между хладагентом и контейнерами. Жидкий промежуточный теплоноситель в данном устройстве необходим для сглаживания скачков температуры в теплообменнике при подаче и прекращении подачи в него хладагента.
Однако для данного устройства характерны недостаточная в ряде случаев скорость замораживания ≅ 2оС/мин, невысокие надежность и точность реализации программ замораживания, а также необходимость использования сжиженного газа хладагента, например жидкого азота. Недостаточная скорость замораживания обусловлена значительным тепловым сопротивлением камеры с жидким промежуточным теплоносителем, которое обеспечивает теплообмен между хладагентом и контейнерами. Жидкий промежуточный теплоноситель в данном устройстве необходим для сглаживания скачков температуры в теплообменнике при подаче и прекращении подачи в него хладагента.
Невысокая надежность устройства обусловлена двумя причинами: необходимостью герметичности всех каналов, разъемных соединений и клапанов, предназначенных для подачи хладагента в камеру, и работой этих узлов в условиях перепадов температур от комнатных до температур сжиженных газов.
Невысокая точность реализации программ обусловлена релейным типом регулирования подачи хладагента в камеру, что приводит к температурным градиентам внутри камеры за счет скачков температуры в теплообменнике и низкой теплопроводности промежуточного теплоносителя.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для программного замораживания биобъектов, содержащее камеру с крышкой, выполненную в виде металлического блока с отверстиями для образцов, средство охлаждения и нагрева камеры и орган задания температуры в камере [2]
Недостатками данного устройства являются недостаточная скорость замораживания (≅ 1оС/мин в температурном диапазоне 0 минус 80оС) и необходимость использования сжиженного газа-хладагента, например жидкого азота.
Недостатками данного устройства являются недостаточная скорость замораживания (≅ 1оС/мин в температурном диапазоне 0 минус 80оС) и необходимость использования сжиженного газа-хладагента, например жидкого азота.
Ограничение скорости замораживания в прототипе обусловлено сравнительно большим тепловым сопротивлением между камерой и хладагентом, что является следствием двух причин: а) сравнительно большой длиной теплопровода, погружаемого в сосуд Дьюара; б) газовой подушкой, образующейся в месте контакта теплопровода с жидким хладагентом.
Целью изобретения является расширение диапазона скоростей замораживания.
Предлагаемое устройство позволяет расширить диапазон скоростей замораживания по сравнению с прототипом (в случае использования в качестве элемента нагрева-охлаждения термоэлемента и в качестве хладонакопителя-дюралевого неполого цилиндра, диаметром и высотой 100 мм, предварительно охлажденного до температуры минус 50оС с помощью термоэлектрического охладителя или жидкого азота) от 0 минус 1оС до 0 минус 10оС.
Преимущества предлагаемого устройства обусловлены тем, что теплообмен осуществляется не между жидким хладагентом и камерой по пути большого теплового сопротивления, а между хладонакопителем и камерой. Запасенная в хладонакопителе минусовая энергия способна поглотить все тепло, накопленное в камере и тепло, выделяющееся при работе элемента нагрева-охлаждения в режиме охлаждения. При этом теплообмен обеспечивается через элемент нагрева-охлаждения по кратчайшему пути и с малым тепловым сопротивлением. Энергия накопителя необходима в процессе замораживания, после замораживания объектов затраты минусовой энергии идут только на компенсацию влияния внешней среды, которая обеспечивается путем охлаждения накопителя с помощью охладителя. Высокая теплопроводность, теплоемкость и компактность объема хладонакопителя обеспечивают высокие скорости теплообмена. Характерными чертами хладонакопителя являются компактность (примерно одинаковые размеры по длине, ширине и высоте) и большая теплоемкость, значительно (в 2-100 раз) превышающая теплоемкость камеры с образцами.
На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 2, 3 варианты конструкций охладителей.
Устройство содержит камеру 1 в форме металлического блока с отверстиями для образцов 2, крышкой 3 и теплоизолирующей оболочкой 4; орган 5 задания температуры, связанный датчиком температуры 6 и термоэлементом нагрева-охлаждения 7 с камерой 1; хладонакопитель 8 с высокой теплоемкостью и теплопроводностью и охладитель 9; при этом термоэлемент нагрева-охлаждения 7 теплофизически соединен первой рабочей стороной 10 с камерой 1, а второй 11 с хладонакопителем 8, а входом соединен с органом 5 задания температуры; охладитель 9 соединен теплофизически с хладонакопителем 8.
Охладитель содержит емкость 12 для жидкого хладагента, а хладонакопитель 8 имеет хвостовик 13 из теплопроводного материала, свободный конец которого расположен ниже предполагаемого уровня хладагента.
С целью обеспечения работоспособности устройства без сжиженного газа-хладагента в качестве охладителя 9 применен термоэлектрический охладитель 14 с источником электрического тока 15 и радиатором 16; при этом термоэлектрический элемент 17 второй рабочей поверхностью 18 теплофизически соединен с радиатором 16, а первой рабочей поверхностью 19 с хладонакопителем 8.
Устройство работает следующим образом.
Без образцов в камере 1 включают источник электрического тока 15 или погружают хвостовик 13 в хладагент. С помощью датчика температуры 6 орган 5 задания температуры контролирует установление в камере 1 нижней границы температурного диапазона минус 40 -минус 80оС. После этого орган 5 задания температуры 5, управляя термоэлементом нагрева-охлаждения 7, устанавливает в камере 1 начальную температуру программы замораживания, например +4оС. Затем открывают крышку 3 камеры 1 и помещают в отверстия 2 микроконтейнеры с образцами. Закрывают крышку 3 и выдерживают некоторое время (1-4 ч) в режиме эквилибрации при 4оС. Далее в соответствии с заданной программой орган 5 задания температуры, управляя термоэлементом нагрева-охлаждения 7, охлаждает камеру 1 с биообъектами до температур минус 40- минус 80оС. После этого замороженные образцы в микроконтейнерах перемещают в сосуд Дьюара со сжиженным газом. При необходимости замороженные образцы в микроконтейнерах помещают снова в камеру 1, находящуюся при температуре минус 40- минус 80оС, и размораживают по программе, хранящейся в памяти компьютера органа 5 задания температуры.
В варианте устройства с термоэлектрическим охладителем 14 через радиатор 16 непрерывно пропускают охлаждающую жидкость, например холодную водопроводную воду. Термоэлектрический элемент 17 переносит тепловую энергию хладонакопителя 8 через поверхность 19 термоэлектрического элемента 17 на рабочую поверхность 18. Эта дополнительная тепловая энергия поглощается потоком охлаждающей жидкости радиатора 16. Термоэлектрический элемент 17 охлаждает хладонакопитель 8. Например, в случае прохождения через радиатор 16 водопроводной воды с температурой +9оС с помощью охладителя 14 получают температуру хладонакопителя минус 8- минус 50оС, что достаточно для работы устройства.
Скорость замораживания образцов в камере 1 определяется теплоемкостью и температурой хладонакопителя 8 и не зависит от скорости охлаждения хладонакопителя 8, что достигается предлагаемым устройством и позволяет расширить диапазон скоростей замораживания.
Использование предлагаемого изобретения в сравнении с известными устройствами обеспечивает примерно в 10 раз расширение диапазона скорости малогабаритных экономических замораживателей за счет механизма быстрой передачи тепла биообъектов и камеры в хладонакопитель; механизм теплообмена за счет большого температурного градиента между камерой с образцами и сжиженным газом, характерный для аналогов и прототипа, заменен в предлагаемом устройстве механизмом теплообмена через малое тепловое сопротивление источника отрицательной температуры хладонакопителя.
Более того, используя запасенную отрицательную энергию хладонакопителя, термоэлемент нагрева-охлаждения способен создавать эффект отрицательного теплового сопротивления между камерой и хладонакопителем. Также отсутствие необходимости большого температурного градиента обеспечивает возможность работы устройства без сжиженного газа.
Claims (3)
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИООБЪЕКТОВ, содержащее камеру с крышкой, выполненную в виде металлического блока с отверстиями для образцов, средство охлаждения и нагрева камеры, орган задания температуры в камере, отличающееся тем, что средство охлаждения и нагрева содержит последовательно расположенные с обеспечением теплового контакта между ними термоэлемент, одна рабочая поверхность которого прилегает к камере, хладонакопитель с высокой теплоемкостью и теплопроводностью и охладитель.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что охладитель содержит емкость для жидкого хладагента, а хладонакопитель имеет хвостовик, свободный конец которого расположен ниже предполагаемого уровня хладагента в емкости.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что охладитель содержит связанный с источником электрического тока термоэлемент и радиатор, при этом термоэлемент установлен с обеспечением контакта его рабочих поверхностей с радиатором и хладонакопителем.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057398 RU2038549C1 (ru) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Устройство для замораживания биообъектов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5057398 RU2038549C1 (ru) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Устройство для замораживания биообъектов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2038549C1 true RU2038549C1 (ru) | 1995-06-27 |
Family
ID=21610935
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5057398 RU2038549C1 (ru) | 1992-07-31 | 1992-07-31 | Устройство для замораживания биообъектов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2038549C1 (ru) |
-
1992
- 1992-07-31 RU SU5057398 patent/RU2038549C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 1497435, кл. F 25D 3/10, 1989. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 1143949, кл. F 25D 3/10, 1985. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3633381A (en) | Open-cycle portable refrigerator | |
US4131158A (en) | Storage arrangement for thermal energy | |
CN102192626B (zh) | 使用液态冷冻剂的冷冻器及方法 | |
CN101344344A (zh) | 热管半导体制冷蓄冷系统 | |
KR960014840A (ko) | 피냉각물을 극저온으로 냉각하는 극저온 냉각장치 | |
US6820441B2 (en) | Adsorption cooling apparatus with buffer reservoir | |
FR2451560A1 (fr) | Systeme cryostatique utilisant un gaz liquefie pour controler thermostatiquement la temperature d'un objet ou substance | |
JP2004233039A (ja) | 吸着冷却装置を備えた冷却コンテナ | |
JPH0422621B2 (ru) | ||
US7481375B2 (en) | Apparatuses and methods for controlling the temperature of a process fluid | |
RU2038549C1 (ru) | Устройство для замораживания биообъектов | |
US3313117A (en) | Dense gas helium refrigerator | |
US4356708A (en) | Marine refrigeration system | |
US1887580A (en) | Method and apparatus for refrigeration | |
US2095847A (en) | Refrigerating apparatus | |
CN207894087U (zh) | 能量存储装置及具有其的运输箱 | |
JPH01114639A (ja) | ヒートパイプ式蓄熱水槽装置 | |
JPS59158989A (ja) | 結氷潜熱による蓄冷熱装置 | |
RU2053465C1 (ru) | Термостатическая транспортная емкость | |
JPH02300101A (ja) | 生物試料凍結保存装置における植氷方法および植氷装置 | |
SU1097870A1 (ru) | Термоэлектрический охладитель | |
JPH08270989A (ja) | 蓄熱装置及びその運転方法 | |
JP3831924B2 (ja) | カプセル式潜熱蓄熱システム | |
JPS60196580A (ja) | 超低温倉庫 | |
US3651637A (en) | Hot gas engine |