Устройство для замораживания биологических объектов

 

Изобретение относится к низкотемпературному консервированию биологических объектов и может быть использовано для консервирования клеточных суспензий, плотных тканей и других объектов. Целью изобретения является повышение сохранности биообъектов при замораживании. Контейнеры 3 с биообъектами устанавливают в центральном газоходе 2. После заправки камер 3 хладагентом до заданного уровня включают вентилятор 13, который обеспечивает циркуляцию потока газообразного хладагента через канал 5, газоходы 4 и камеры 9, канал 6. Направляющие пластины 14 придают потоку осевое направление и осуществляют предварительное выравнивание скорости потока. Поток хладагента проходит через сетку 15, турбулизирующие элементы 16, имеющие форму, определяемую по установленным формулам, и установленные под контейнерами 3 с образованием зазора 17 для дополнительной турбулизации. Поток хладагента с уже сформированным развитым турбулентным пограничным слоем обтекает контейнеры 3, равномерно охлаждая их. Излишки отработанных паров хладагента через отверстия 13 выпускаются в полость корпуса 1, создавая теплоизолирующую рубашку. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 25 D 3/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4617096/31-13 (22) 07.12.88 (46) 07.10.90. Бюл. М 37 (71) Институт проблем криобиологии и криомедицины АН УССР (72) M.Ë.Ïå÷åíûé, Ю.M.Ðóäüêî и А.Ф.Тодрин (53) 621.565(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 431805, кл. F 25 0 3/10, 1976.

Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1464019, кл. F 25 D 3/10, 23.03.87.

„„ 4 „„1597506 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАМОРАЖИВАНИЯ

БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к низкотемпературному консервированию биологических объектов и может быть использовано для консервирования клеточных суспензий, плотных тканей и других объектов. Целью изобретения является повышение сохранности биообъектов при замораживании.

Контейнеры 3 с биообъектами устанавливают в центральном газоходе 2. После заправ1597506. хладагента через отверстия 19 выпускаются в полость корпуса 1; создавая теплоизолирующую рубашку. 2 ил.

15 боковые газоходы 4, соединенные с цент ральным газоходом 2 верхними и нижними 20

35 ки камер 9 хладагентом до заданного уровня включают. вентилятор 13, который обеспечивает циркуляцию потока газообразного хладагента через канал 5, газоходы 4 и камеры

9, канал 6. Направляющие пластины 14 придают потоку осевое направление и осуществляют предварительное выравнивание скорости потока. Поток хладагента проходит через сетку 15, турбулиэирующие элементы 16, имеющие форму, определяемую

Изобретение относится к криобиологии, а именно к низкотемпературному консервированию биологических объектов, и может быть использовано для консервирования клеточных суспензий, плотных тканей и других биологических объектов, упакованных в контейнеры, Целью изобретения является повышение сохранности биообъектов при замораживании путем обеспечения равномерности их охлаждения в контейнерах.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 — турбулизирующий элемент, сечение.

Устройство содержит теплоизолированный корпус 1, центральный газоход 2 с установленными в нем контейнерами 3 и каналами 5 и 6 с образованием замкнутого контура; Контейнеры 3 установлены в центральном газоходе 2 с образованием зазоров

7 для прохождения охлаждающего газа. Газоходы 2 и 4 и каналы 5 и 6 размещены в корпусе 1 с образованием между ними зазора 8. Вокруг боковых газоходов 4 размещены камеры 9 для хладагента с образованием общей развитой поверхности 10теплообмена и отделены от корпуса 1 и центрального газохода 2 зазорами 11 и 12. Центробежный вентилятор 13 расположен в верхнем канале 5 над центральным гаэоходом 2 перед камерами 9 по ходу движения хладагента. В зоне соединения центрального газохода 2 с нижними каналами 6установлены блоки направляющих пластин 14 с расположенной над ними сглаживающей сеткой 15. Направляющие пластины 14 выполнены изогнутыми и установлены так, что один конец каждой пластины 14 ориентирован вдоль оси нижнего канала 6, а другой — вдоль оси центрального гаэохода 2. Для формирования развитого турбулентного пограничного слоя под каждым контейнером 3 установлен по установленным формулам, и установленные под контейнерами 3 с образованием зазора 17 для дополнительной турбулизации. Поток хладагента с уже сформированным развитым турбулентным пограничным слоем обтекает контейнеры 3, равномерно охлаждая их. Излишки отработанных паров турбулизирующий элемент 16, имеющий в сечении форму клина с выпуклыми криволинейными стенками и направленный острым концом к сетке 15.

Радиус R кривизны турбулизирующего элемента 16 и его длину L определяют из условия, что пограничный слой в точке схода с натекателя полностью турбулиэируется.

Этому условию соответствуют следующие соотношения R и L, полученные иэ расчета пограничного слоя на криволинейной поверхности; Р+n2

3W 2й где L — длина турбулизирующего элемента;

R — радиус кривизны турбулизирующего элеменга;

h — расстояние от оси контейнера до наружной поверхности его стенки; — кинематическая вязкость газообразного хладагента;

W- скорость газообразного хладагента;

Re

Между торцами контейнеров 3 и турбулизирующих элементов 16 оставлен зазор

17 размером 0,7-1,2 мм для дополнительной турбулиэации потока. В стенках боковых газоходов 4 под верхней стенкой камер

9 для хладагента выполнены отверстия 18 для выхода паров испарившегося хладагента, и камеры 9 сообщены с полостью газоходов 4 через эти отверстия 18. В стенках центрального газохода 2 в верхней его части перед вентилятором 13 выполнены от. верстия 19 для выхода паров хладагента в полость корпуса 1. Внутренняя поверхность корпуса 1 и внешняя поверхность камер 9 для хладагвнта покрыты слоем теплоизолирующего материала 20. Жидкий хладагент поступает в камеры 9 по трубопроводу 21 с электромагнитным клапаном 22, Для конт1597506 рубашку, а затем выбрасываются в атмосферу. 55

Использование направляющих пластин позволяет в случае встречного входа потоков в центральный газоход из нижних каналов придать потоку в центральном гаэоходе роля заправки камер 9 хладагентом в одной из них установлен уровнемер 23, а сами камеры 9 соединены между собой теплоизолированным трубопроводом 24. Для контроля выполняемого режима в одном иэ контейнеров 3 установлен термометр 25.

Предположим, что объект помещен в контейнеры толщиной 2h = 10 мм, Минимальная скорость потока W = 10 м/с, кинематическая вязкость газообразного азота (воздуха при t = 0 С) v = 13,45 . 10 м /с, критическое число Рейнольдса для тонкого профиля с углом схода потока, равным О, ReKp*= 420. Из приведенных соотношений получаем L = 7,9 10 2 м = 79 мм, R=626,6 мм. При этом величина турбулизирующего зазора лежит в пределах 0,7 — 1,2 мм.

Устройство работает следующим образом.

После заправки камер 9 хладагентом до заданного уровня, контролируемого уровнемером 23, включается центробежный вентилятор 13. Создаваемый последним циркулирующий поток газообразного хладагента проходит через верхний клапан 5„ газоходы 4 и камеры 9, где омывает теплообменные поверхности 10 и охлаждается, испаряя жидкий хладагент. Испарившийся хладагент через отверстия 18 поступает в боковые газоходы 4, где смешивается с циркулирующим газовым потоком, дополнительно охлаждая его. Охлажденный поток поступает в центральный гаэоход 2 через нижние каналы 6 и нап равляющие пластины

14, которые придают потоку осевое направление и осуществляют предварительное выравнивание поля скоростей потока по сечению газохода. Окончательное сглаживание поля скоростей осуществляется путем пропускания потока через сетку 15. Затем поток поступает на турбулизирующие элементы 16, где происходят формирование, развитие и турбулизация пограничного слоя. Дополнительной турбулизации пограничного слоя способствует зазор 17. Охлаждающий поток с уже сформированным развитым турбулентным пограничным слоем обтекает контейнеры 3 с биообъектом, равномерно охлаждая их, а затем поступает к вентилятору 13, замыкая контур циркуляции. Излишки отработанных паров хладагента, имеющих температуру, близкую к температуре циркулирующего потока, через отверстия 19 выпускаются в полость корпуса 1, создавая теплоизолирующую

50 строго осевое направление с нулевым углом атаки по. отношению к контейнерам 3, чем достигается симметричность отвода тепла от контейнеров. Кроме того, направляющие пластины 14 позволяют получить безотрывный вход потока в центральный газоход и осуществить предварительное выравнивание расхода по сечению. Дальнейшее выравнивание расхода сглаживающей сеткой

15 позволяет получить перед контейнерами

3 равномерное поле скоростей, чем обеспечивается идентичность охлаждения отдельных контейнеров. Формирование турбулентного пограничного слоя на турбулизирующих элементах 16 и дополнительная турбулизация его в зазорах 17 позволяют обеспечить равномерный теплоотвод от поверхности контейнера 3.. При этом рабочая полость в верхней части контейнера, не заполненная биообъектом, теплоизолирует верхний торец контейнера 3.

Натекание охлаждающего потока на контейнеры снизу, что обусловлено расположением центробежного вентилятора в верхнем канале, при наличии укаэанной полости в контейнере исключает более быстрое охлаждение верхних слоев объекта, чем остальной его части, а следовательно, не допускает образования ледяной пробки.

Благодаря совместному действию указанных факторов достигается равномерность охлаждения биологических объектов в контейнерах, вследствие чего повышается точность реализации заданного режима охлаждения, что ведет к повышению сохранности замороженного объекта.

Формула изобретения

Устройство для замораживания биологических объектов, содержащее теплоизолированный корпус. центральный и боковые газоходы, соединенные верхними и нижними каналами, контейнеры для биообъектов, размещаемые вертикально в центральном гаэоходе с образованием зазоров для прохода охлаждающего газа, камеры для хладагента, установленные вокруг боковых газоходов и сообщенные в верхней части с полостью последних через отверстия, выполненные в стенках газоходов, центробежный вентилятор, отл и ча ю щ ееc я тем, что, с целью повышения сохранности биообъектов при замораживании, устройство снабжено блоками направляющих пластин, установленных в зоне соединения центрального гвзохода с нижними каналами, расположенной над ними сеткой и турбулиэирующими элементами, расположенными под каждым контейнером с образованием зазора для дополнительной турбулизации

1597506

Составитель И.Шабалина

Редактор О.Юрковецкая Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Càìáoðñêàÿ

Заказ 3038 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 потока, при этом вентилятор установлен в верхнем канале над центральным газоходом, направляющие пластины выполнены изогнутыми и установлены так, что один конец каждой пластины ориентирован вдоль оси нижнего канала, а другой — вдоль оси центрального газохода„а турбулизирующие элементы имеют в сечении форму клина с выпуклыми криволинейными стенками и направлены острым концом к сетке. причем длину и радиус кривизны этих элементов определяют по формулам vRe C + И

3W 2h где L — длина турбулизирующего элемента;

R — радиус кривизны;

h — расстояние от оси контейнера до наружной поверхности его стенки;

v — кинематическая вязкость газообразного хладагента;

W — скорость газообразного хладагента;

Re