RU40446U1

RU40446U1 - QUICK FREEZER

Info

Publication number: RU40446U1
Application number: RU2004110569/22U
Authority: RU
Inventors: А.И. Грядунов; О.В. Салыкина; Д.И. Невский
Original assignee: ЗАО "Удел"
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2004-09-10

Abstract

Изобретение предназначено для замораживания растворов с биологическим материалом, например, с плазмой. Быстрозамораживатель содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, холодильный агрегат с теплообменниками, нагнетатель для обеспечения циркуляции хладоносителя в рабочей камере, ложементы для размещения емкостей, блок фиксации ложементов в рабочей камере, механизм привода и узел перемещения. При этом блок фиксации установлен на узле перемещения, который соединен тягой с механизмом привода с возможностью приведения ложементов в движение с ускорением, периодически меняющемся по величине и направлению. Блок фиксации может быть выполнен в виде тела с полостью для размещения в последней всех ложементов, например, в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в стенках которого выполнены отверстия для протекания хладоносителя. Узел перемещения может быть выполнен в виде платформы с роликами, на которой установлено тело с полостью, а направляющие для роликов установлены в рабочей камере. Узел перемещения может быть выполнен в виде сопрягающихся между собой элементов, например, в виде втулок и подшипников, причем втулки могут быть установлены на блоке фиксации, а подшипники - на рабочей камере. Платформа может быть соединена тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации ложементов в возвратно-поступательное движение, а блок фиксации может быть соединен тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации с ложементами в колебательное движение. Изобретение позволяет получить биоматериал с максимально возможным содержанием компонентов, определяющих The invention is intended for freezing solutions with biological material, for example, with plasma. The quick-freezer contains a body with a door, a heat-insulated working chamber, a refrigeration unit with heat exchangers, a supercharger for circulating the coolant in the working chamber, lodgements for placing containers, a lodgment fixing block in the working chamber, a drive mechanism and a moving unit. At the same time, the fixation unit is mounted on the displacement unit, which is connected by a thrust to the drive mechanism with the possibility of bringing lodgements into motion with acceleration, periodically changing in magnitude and direction. The fixation unit can be made in the form of a body with a cavity for placement in the last of all lodgements, for example, in the form of a hollow rectangular parallelepiped, in the walls of which holes are made for the flow of coolant. The movement unit can be made in the form of a platform with rollers, on which a body with a cavity is installed, and the guides for the rollers are installed in the working chamber. The movement unit can be made in the form of mating elements, for example, in the form of bushings and bearings, and the bushings can be mounted on the locking unit, and the bearings on the working chamber. The platform can be connected by a thrust to the drive mechanism with the possibility of bringing the lodgment fixation unit into reciprocating motion, and the fixation unit can be connected by a thrust to the drive mechanism with the possibility of bringing the fixation block with lodgment into oscillatory motion. The invention allows to obtain biomaterial with the highest possible content of components that determine

Description

Полезная модель относится к области холодильной и морозильной техники, а конкретно, к аппаратам для замораживания растворов с биологическими материалами, в частности, полимерных пакетов с компонентами крови, например, с плазмой.The utility model relates to the field of refrigeration and freezing equipment, and in particular, to devices for freezing solutions with biological materials, in particular, polymer bags with blood components, for example, with plasma.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к предложенному устройству относится быстрозамораживатель биологических объектов, содержащий корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, холодильный агрегат с теплообменниками, нагнетатель для обеспечения циркуляции хладоносителя в рабочей камере, ложементы для размещения емкостей и блок фиксации ложементов в рабочей камере (см. патент Российской Федерации №2150933 С1, МПК 7 А 61 J 1/05, 20.06.2000).The closest in technical essence and the achieved technical result to the proposed device includes a quick freezer of biological objects, comprising a housing with a door, a thermally insulated working chamber, a refrigeration unit with heat exchangers, a supercharger to ensure circulation of the coolant in the working chamber, lodgements for placing containers and block fixing lodges in the working camera (see patent of the Russian Federation No. 2150933 C1, IPC 7 A 61 J 1/05, 06/20/2000).

В известном устройстве в качестве ложемента выступает защитный мембранный карман, предназначенный для заполнения пакетами с биоматериалом на столе оператора, а в качестве блоков фиксации выступает совокупность жестко закрепленных на держателе в рабочей камере ячеек, внутри которых размещаются мембранные карманы с пакетами.In the known device, a protective membrane pocket acts as a lodgement, designed to be filled with packages of biomaterial on the operator’s table, and a set of cells rigidly fixed to the holder in the working chamber, inside which membrane pockets with packages are placed, acts as fixing blocks.

Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в невозможности обеспечения отвода тепла из объема емкости с биоматериалом с постоянной интенсивностью и достижения высоких скоростей замораживания.A disadvantage of the known device adopted as a prototype is the inability to ensure heat removal from the volume of the tank with biomaterial with constant intensity and to achieve high freezing rates.

Этот недостаток обусловлен следующими причинами.This disadvantage is due to the following reasons.

В известном устройстве отвод тепла от пакета с замораживаемым биоматериалом реализуется в условиях, когда пакет находится в неподвижном состоянии. В свою очередь, это приводит к формированию на внутренней поверхности пакета слоя льда, имеющего относительно невысокий коэффициент теплопроводности (λ~2 Вт.м^-1 к^-1), последовательного нарастания его толщины в процессе замораживания, и, как следствие, к появлению своеобразной теплоизоляции, ограждающей оставшийся в жидком состоянии раствор повышенной солевой концентрации с биоматериалом от хладоносителя, омывающего наружную поверхность пакета.In the known device, heat removal from the bag with frozen biomaterial is realized under conditions when the bag is stationary. In turn, this leads to the formation of an ice layer on the inner surface of the packet with a relatively low coefficient of thermal conductivity (λ ~ 2 W m ^-1 to ^-1 ), a sequential increase in its thickness during freezing, and, as a result, a kind of thermal insulation, enclosing a solution of increased salt concentration remaining in the liquid state with biomaterial from the coolant washing the outer surface of the package.

Дальнейшее нарастание толщины льда на внутренних стенках пакета приводит к существенному повышению теплового сопротивления между внешним теплоносителем и оставшимися незамерзшими внутренними частями пакета, к резкому уменьшению интенсивности отвода тепла от слоев биоматериала при постоянно увеличивающейся концентрации солей, и как главное следствие, к возрастанию степени иноактивационного A further increase in the thickness of ice on the inner walls of the packet leads to a significant increase in thermal resistance between the external coolant and the remaining unfrozen internal parts of the packet, to a sharp decrease in the intensity of heat removal from the layers of the biomaterial with a constantly increasing concentration of salts, and, as a main consequence, to an increase in the degree of inactive

воздействия солевого раствора на молекулы, определяющие биологически активные свойства замораживаемого биоматериала.the effects of saline on the molecules that determine the biologically active properties of the frozen biomaterial.

Вышеперечисленное определяет, в итоге, предельно возможные значения критериальных биологических показателей биоматериала, которое можно обеспечивать в аппарате биоматериалом, неподвижно замораживаемым даже при весьма более низких температурах охлаждающего теплоносителя.The above determines, in the end, the maximum possible values of the criterial biological indicators of the biomaterial, which can be provided in the apparatus with biomaterial immobilely frozen even at very lower temperatures of the coolant.

Задачей полезной модели является повышение значений критериальных показателей замораживаемого в герметичной емкости жидкого биоматериала путем обеспечения отвода тепла с постоянно высокой интенсивностью от всех слоев жидкости в течение всего акта замораживания.The objective of the utility model is to increase the criterion values of liquid biomaterial frozen in an airtight container by providing heat removal with a constantly high intensity from all liquid layers during the entire freezing act.

Указанный технический результат достигается тем, что в быстрозамораживатель биологических объектов, размещенных в герметичных емкостях, содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, холодильный агрегат с теплообменниками, нагнетатель для обеспечения циркуляции хладоносителя в рабочей камере, ложементы для размещения емкостей, блок фиксации ложементов в рабочей камере, механизм привода и узел перемещения, при этом блок фиксации установлен на узле перемещения, который соединены тягой с механизмом привода с возможностью приведения ложементов в движение с ускорением, периодически меняющемся по величине и направлению.The specified technical result is achieved by the fact that in the quick-freezer of biological objects placed in sealed containers, it contains a housing with a door, a heat-insulated working chamber, a refrigeration unit with heat exchangers, a supercharger to ensure circulation of the coolant in the working chamber, lodgements for placing containers, a block for fixing lodgements in the working the camera, the drive mechanism and the displacement unit, while the locking unit is mounted on the displacement unit, which is connected by a rod with the drive mechanism with the possibility bringing lodges into motion with acceleration, periodically changing in magnitude and direction.

У быстрозамораживателя узел перемещения может быть выполнен в виде платформы с роликами, на которой установлено тело с полостью, а направляющие для роликов установлены в рабочей камере; блок фиксации может быть выполнен в виде тела с полостью с возможностью размещения в полости всех ложементов, например, в виде полого прямоугольного параллелепипеда, в стенках которого выполнены отверстия для протекания хладоносителя, циркулирующего в рабочей камере; узел перемещения может быть выполнен в виде сопрягающихся между собой элементов, например, в виде втулок и подшипников, одни из элементов, например, втулки, установлены на блоке фиксации, а другие элементы, например, подшипники, установлены на рабочей камере, при этом оси втулок и подшипников расположены по одной прямой; платформа может быть соединена тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации ложементов в возвратно-поступательное движение; оси втулок и подшипников могут быть размещены горизонтально; блок фиксации соединен тягой с механизмом привода с возможностью приведения блока фиксации и ложемента в колебательное движение вокруг оси, проходящей через оси втулок и подшипников.In the quick-freezer, the displacement unit can be made in the form of a platform with rollers, on which a body with a cavity is installed, and guides for the rollers are installed in the working chamber; the fixation unit can be made in the form of a body with a cavity with the possibility of placing all lodges in the cavity, for example, in the form of a hollow rectangular parallelepiped, in the walls of which holes are made for the flow of coolant circulating in the working chamber; the displacement unit can be made in the form of mating elements, for example, in the form of bushings and bearings, some of the elements, for example, bushings, are installed on the locking unit, and other elements, for example, bearings, are mounted on the working chamber, while the axis of the bushings and bearings are located in one straight line; the platform can be connected by a thrust to the drive mechanism with the possibility of bringing the lodgment fixing unit into reciprocating motion; the axis of the bushings and bearings can be placed horizontally; the fixation unit is connected by a rod to the drive mechanism with the possibility of bringing the fixation unit and tool tray into oscillatory motion around an axis passing through the axis of the bushings and bearings.

Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.The essence of the utility model is illustrated by graphic material.

На фиг.1 схематично представлен быстрозамораживатель, в котором блок фиксации ложементов, выполненный в виде полого параллелепипеда, установлен на платформе с роликами; на фиг.2 представлен вид А фиг.1 (со снятой крышкой); на фиг.3 представлен быстрозамораживатель с блоком фиксации, выполненным в виде полого параллелепипеда с втулками, размещенными в подшипниках, установленных на рабочей камере; на фиг.4 представлен вид В фиг.3 (со снятой крышкой).Figure 1 schematically shows a quick-freezer, in which the lodgment fixing unit, made in the form of a hollow parallelepiped, is mounted on a platform with rollers; figure 2 presents a view of figure 1 (with the cover removed); figure 3 presents a quick-freezer with a locking unit made in the form of a hollow parallelepiped with bushings placed in bearings mounted on the working chamber; figure 4 presents a view In figure 3 (with the cover removed).

Быстрозамораживатель содержит корпус 1 с дверью (крышкой) 2, рабочую камеру 3, отделенную от корпуса 1 теплоизолирующим ограждением 4, холодильный агрегат, включающий в свою очередь, в себя холодильный компрессор 5 и два теплообменника, первый из которых - конденсатор 6, также как и компрессор 5 размещен в нижней части корпуса 1 и обеспечивает вместе с вентилятором 7 отвод тепла от холодильного агрегата во внешнюю среду, второй - теплообменник-испаритель 8, размещенный в рабочей камере 3, нагнетатель 9 для обеспечения циркуляции газообразного или жидкого хладоносителя в замкнутой гидравлической цепи, сформированной в рабочей камере 3, ложементы (держатели) 10 герметичных емкостей 11 (в конкретном случае - полимерных пакетов) с биологическим материалом 12, блок фиксации 13 ложементов 10, который в зависимости от варианта конструктивного исполнения может быть выполнен в виде тела с полостью, например, в виде полого прямоугольной параллелепипеда, в стенках которого выполнены отверстия 14 для протекания потока циркулирующего хладоносителя, создаваемого нагнетателем 9 (фиг.1, 2, 3, 4).The quick-freezer contains a housing 1 with a door (cover) 2, a working chamber 3, separated from the housing 1 by an insulating fence 4, a refrigeration unit, which in turn includes a refrigeration compressor 5 and two heat exchangers, the first of which is a condenser 6, as well as the compressor 5 is located in the lower part of the housing 1 and together with the fan 7 provides heat removal from the refrigeration unit to the external environment, the second is a heat exchanger-evaporator 8 located in the working chamber 3, a supercharger 9 to ensure the circulation of gaseous or liquid refrigerant in a closed hydraulic circuit formed in the working chamber 3, lodgements (holders) 10 sealed containers 11 (in the particular case, polymer bags) with biological material 12, a fixing unit 13 lodges 10, which, depending on the design option, can be made in the form of a body with a cavity, for example, in the form of a hollow rectangular parallelepiped, in the walls of which holes 14 are made for the flow of a circulating coolant created by the supercharger 9 (Figs. 1, 2, 3, 4).

В состав быстрозамораживателя входит также узел перемещения блока фиксации, который в зависимости от конструктивного исполнения может быть выполнены в виде каретки 15, на которой установлен блок фиксации 13 в виде полого параллелепипеда, с роликами 16, направляющие 17 для которых установлены на рабочей камере 3 (фиг.1 и 2) или совокупности сопрягающихся между собой элементов - втулок 18 и подшипников 19. Кроме того, в состав быстрозамораживателя входят механизм привода 20, тяга 21, соединяющая узел перемещения в той или иной конструктивной модификации с блоком фиксации 13.The quick-freezer also includes a unit for moving the fixation unit, which, depending on the design, can be made in the form of a carriage 15, on which the fixation unit 13 is mounted in the form of a hollow parallelepiped, with rollers 16, the guides 17 of which are mounted on the working chamber 3 (Fig. .1 and 2) or a set of mating elements - bushings 18 and bearings 19. In addition, the quick-freezer includes a drive mechanism 20, a rod 21 connecting the displacement unit in a particular design modification ii a fixing unit 13.

Работа быстрозамораживателя осуществляется следующим образом.The operation of the quick freezer is as follows.

При включении быстрозамораживателя в сеть электропитания, хладоноситель, циркуляцию которого в гидравлической цепи холодильного агрегата и изменение агрегатного состояния обеспечивает компрессор 5, начинает кипеть при низком давлении в теплообменнике-испарителе 8, понижая его температуру.When the quick-freezer is turned on in the power supply network, the refrigerant, the circulation of which in the hydraulic circuit of the refrigeration unit and the change in the aggregate state is provided by the compressor 5, begins to boil at low pressure in the heat exchanger-evaporator 8, lowering its temperature.

В компрессоре 5 отсасываемый из испарителя 8 хладагент сжимается, переводится в жидкое состояние и при высоком давлении поступает в конденсатор 6, где от него In the compressor 5, the refrigerant sucked from the evaporator 8 is compressed, converted to a liquid state and, at high pressure, enters the condenser 6, where from it

посредством потока воздуха, создаваемого вентилятором 7, производится отвод тепла во внешнюю среду.through the air flow created by the fan 7, heat is removed to the external environment.

Поток хладоносителя, в конкретном случае - воздуха, циркуляция которого в рабочей камере 3 создается посредством нагнетателя 9, в конкретном случае - вентилятором, протекая через испаритель 8, охлаждается и далее, поступая в рабочую камеру 3, обеспечивает охлаждение как всего объема камеры 3, так и всех находящихся в нем элементов и узлов устройства - блока фиксации 13, узла перемещения и т.д.The coolant flow, in the particular case of air, the circulation of which in the working chamber 3 is created by means of a supercharger 9, in the specific case, by a fan, flowing through the evaporator 8, is cooled and then, entering the working chamber 3, provides cooling of the entire volume of the chamber 3, so and all the elements and nodes of the device inside it - the fixing block 13, the displacement node, etc.

При достижении в рабочей камере 3 температуры, соответствующей режиму замораживания, открывают дверь 2 рабочей камеры 3 и размещают в блоке фиксации 13 ложементы 10 с емкостями 11, в конкретном случае, полимерными пакетами с биоматериалом 12, предназначенным к замораживанию.When the temperature in the working chamber 3 is reached that corresponds to the freezing mode, the door 2 of the working chamber 3 is opened and placed in the fixing unit 13 of the tool tray 10 with containers 11, in the concrete case, with polymer bags with biomaterial 12 intended for freezing.

При включении механизма привода 20, возвратно-поступательное или вращательное движение его исполнительного элемента посредством тяги 21 передается узлу перемещения блока фиксации 13 ложементов 10, в которых размещены емкости 11 (полимерные пакеты) с биоматериалом 12.When the drive mechanism 20 is turned on, the reciprocating or rotational movement of its actuating element by means of the thrust 21 is transmitted to the displacement unit of the fixing unit 13 of the lodgment 10, in which the containers 11 (polymer bags) with the biomaterial 12 are placed.

Поток хладоносителя, создаваемый в рабочей камере 3 нагнетателем 9 и охлаждаемый при протекании через теплообменник-испаритель 8, проходя через отверстия 14 в стенках блока фиксации 13 в полость (в стенках полого прямоугольного параллелепипеда), в которой размещены ложементы 10, обуславливает охлаждение и последующее замораживание биоматериала 12 внутри емкостей 11.The coolant flow created in the working chamber 3 by the supercharger 9 and cooled when it flows through the heat exchanger-evaporator 8, passing through the holes 14 in the walls of the fixation unit 13 into the cavity (in the walls of the hollow rectangular parallelepiped), in which the lodgements 10 are placed, causes cooling and subsequent freezing biomaterial 12 inside the tanks 11.

Однако, кластеры льды, образующиеся внутри емкостей 11, в предложенном устройстве не слипаются в единую корку на внутренней поверхности. Вследствие создаваемого при замораживании движения емкостей 11 (пакетов) с ускорением, периодически меняющемся по величине и направлению, кластеры льда отрываются от внутренней поверхности и равномерно распределяются в объеме биоматериала 12.However, ice clusters formed inside containers 11 in the proposed device do not stick together in a single crust on the inner surface. Due to the movement of containers 11 (packets) created during freezing with acceleration periodically changing in magnitude and direction, ice clusters break away from the inner surface and are evenly distributed in the volume of biomaterial 12.

В зависимости от конкретного конструктивного исполнения узлов быстрозамораживателя, при замораживании биоматериала 12 ложементы 10с емкостями 11 могут быть приведены в возвратно-поступательное движение на каретке 15 с роликами 16 по направляющим 17 или в колебательное движение на втулках 18 в подшипниках 19.Depending on the specific design of the quick-freeze assemblies, when freezing biomaterial 12, lodgements 10 with containers 11 can be reciprocated on carriage 15 with rollers 16 along guides 17 or in oscillatory motion on bushings 18 in bearings 19.

В предложенном устройстве благодаря создаваемому при замораживании биоматериала 12 движению ложементов 10 с ускорением периодически меняющемся по величине и направлению и реализуемому перемешиванию жидкого биоматериала 12 внутри емкостей 11 обеспечивается поддержание высокой интенсивности теплоотвода из всего объема емкостей 11 в течение всего акта замораживания и, как следствие, In the proposed device, due to the creation of freezing of the biomaterial 12, the movement of the lodges 10 with acceleration periodically changing in magnitude and direction and the realizable mixing of the liquid biomaterial 12 inside the containers 11 maintains a high intensity of heat removal from the entire volume of the containers 11 during the entire freezing act and, as a result,

достижение высокой скорости замораживания, существенно превышающей скорость замораживания в известном устройстве при одинаковых температурах замораживания.achieving a high freezing rate significantly exceeding the freezing rate in a known device at the same freezing temperatures.

В свою очередь, это обеспечивает получение биоматериала с максимально возможным содержанием компонентов, определяющих критериальные биологические показатели.In turn, this ensures the production of biomaterial with the highest possible content of components that determine the criteria for biological indicators.

Claims

1. A quick-freezer of biological objects placed in sealed containers, comprising a housing with a door, a heat-insulated working chamber, a refrigeration unit with heat exchangers, a supercharger to ensure circulation of the coolant in the working chamber, lodgements for placing containers, a lodgment fixing block in the working chamber, drive mechanism, assembly displacement, while the fixing unit is mounted on the displacement unit, which is connected by a thrust to the drive mechanism with the possibility of bringing lodgements into motion with acceleration, period matic changing in magnitude and direction.

2. The quick-freezer according to claim 1, characterized in that the fixation unit is made in the form of a body with a cavity with the possibility of placing all lodgments in the cavity, for example, in the form of a hollow rectangular parallelepiped, in the walls of which holes are made for the flow of coolant circulating in the working chamber.

3. The quick-freezer according to claim 1, characterized in that the displacement unit is made in the form of a platform with rollers, on which a body with a cavity is installed, and the guides for the rollers are installed in the working chamber.

4. The quick-freezer according to claim 1, characterized in that the displacement unit is made in the form of mating elements, for example in the form of bushings and bearings, some of the elements, for example bushings, are mounted on the locking unit, and other elements, such as bearings, are mounted on the working chamber, while the axis of the bushings and bearings are located in a straight line.

5. The quick-freezer according to claim 3, characterized in that the platform is connected by a traction to the drive mechanism with the possibility of bringing the lodgment fixing unit into reciprocating motion.

6. The quick-freezer according to claim 4, characterized in that the axis of the bushings and bearings are placed horizontally.

7. The quick-freezer according to claim 4, characterized in that the locking unit is connected by a traction to the drive mechanism with the possibility of bringing the locking unit with lodges into oscillatory motion around an axis passing through the axis of the bushings and bearings.