Устройство для криогенного замораживания биологических объектов

 

Использование: в холодильной технике, в частности в устройствах для криогенного замораживания биологических объектов, преимущественно эндокринно-ферментного сырья. Сущность изобретения: в устройстве для криогенного замораживания биологических объектов частично заполненная криогенной жидкостью теплоизолированная камера выполнена цилиндрической и снабжена полой осью, укрепленной вертикально на днище вдоль геометрической вертикальной оси камеры. Механизм перемещения биологических объектов замораживания содержит установленную на оси ступицу, сообщенную посредством шарнирных рычажных параллелограммов с закрепленными на них кюветами для размещения объектов. При этом нижний рычаг каждого параллелограмма снабжен роликом, опирающимся на копир, представляющий собой цилиндрическую обечайку переменной по окружности высоты и установленную концентрично на днище камеры, а приемное устройство выполнено в виде заключенного в кожух ленточного транспортера, лента которого снабжена гребнями. Поверхности гребней с поверхностями ленты и кожуха образуют замкнутые полости для размещения биологических объектов. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к устройствам для криогенного замораживания биологических объектов, преимущественно эндокринно-ферментного сырья.

Известно устройство для криогенного замораживания биологических объектов, содержащее теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, размещенный в камере механизм перемещения объектов замораживания и сменный контейнер для сбора последних [1].

Недостатком известного устройства является невозможность управления процессом замораживания для придания наибольшей компактности объектам, которые в известном устройстве могут замерзать в самой произвольной форме, что снижает возможность плотной упаковки замороженного сырья в упаковочную тару для хранения и транспортировки.

При перемещении замороженных объектов в верхнюю точку круговой камеры происходит их перекатывание между соседними лопастями и падение на разгрузочный лоток, приводящее к механическому разрушению сырья, что не допускается ГОСТ 11285-73. При этом мелкие отколовшиеся частички сырья могут скапливаться в узких местах устройства и в отверстиях перфорации лопастей барабана, забивать их, а очистка, мойка и санитарная обработка барабана затруднены, т. к. конструкция его неразборная, и доступ к внутренней поверхности барабана возможен только через боковые окна, для чего необходим демонтаж загрузочно-разгрузочных устройств, уплотнительных элементов и подшипников.

Недостатком рассматриваемого устройства является также то обстоятельство, что для замораживания сырья совершенно не используются пары азота, а также то, что газообразный холодный азот может выходить из барабана через загрузочно-разгрузочные устройства в его торцах. Это приводит к значительному и интенсивному охлаждению поддерживающих уплотнительные элементы подшипников, а следовательно, к ухудшению их работы.

Известно также устройство для криогенного замораживания биологических объектов, содержащее теплоизолированную камеру для хладагента с окнами для загрузки и выгрузки сырья, при этом окно для выгрузки сырья размещено в верхней части кольцевого днища, а окно для загрузки сырья выполнено в съемной теплоизолированной крышке камеры и снабжено шарнирно закрепленным направляющим лотком. Известное устройство содержит также сменный контейнер для сбора объектов замораживания и размещенный в камере механизм перемещения указанных объектов замораживания [2].

Недостатком известного устройства является то, что объект замораживания попадает непосредственно в жидкий азот без предварительного охлаждения, что приводит к разрушению внутренней структуры объекта в процессе замораживания (разрушению структуры клеток) и снижению биологической активности эндокринно- ферментного сырья. Кроме того, возможны потери газообразного азота через приемный патрубок для подачи в устройство биологических объектов (сырья) и через вытяжную вентиляцию, что приводит к необоснованному увеличению расхода жидкого азота.

Целью изобретения является экономия криогенной жидкости при одновременном улучшении качества готового продукта за счет обеспечения точности поддержания заданной температуры охлаждения.

Это достигается тем, что в устройстве для криогенного замораживания биологических объектов, содержащем теплоизолированную камеру для криогенной жидкости, приемное и разгрузочное устройства, а также механизм перемещения объектов замораживания, частично заполняемая криогенной жидкостью теплоизолированная камера выполнена цилиндрической и снабжена полой осью, укрепленной на днище вертикально по геометрической вертикальной оси камеры, механизм перемещения объектов замораживания содержит установленную на оси ступицу, снабженную шарнирными рычажными параллелограммами, к которым прикреплены кюветы для размещения биологических объектов, при этом нижний рычаг каждого параллелограмма снабжен роликом, опирающимся на копир, представляющий собой цилиндр переменной по окружности высоты и установленный концентрично на днище камеры, а приемное устройство выполнено в виде заключенного в кожух ленточного транспортера, лента которого снабжена гребнями, и поверхности гребней с поверхностями ленты и кожуха образуют замкнутые полости для размещения биологических объектов.

Кроме того, в днищах кювет выполнены прорези, в которые входят неподвижные диски.

Кроме того, в полости полой оси установлен осевой насос, нагнетающий криогенную жидкость в размещенные над кюветами патрубки с отверстиями.

Выполнение механизма перемещения объектов замораживания с шарнирными рычажными параллелограммами, обеспечивающими перемещение кювет по переменной траектории, определяемой наличием копиров, позволяет задавать оптимальные режимы замораживания объектов.

Выполнение приемного устройства в виде заключенного в кожух ленточного транспортера, на ленте которого размещены гребни, а поверхности гребней с поверхностями ленты и кожуха образуют замкнутые полости для размещения биологических объектов, позволяет существенно ограничить утечку газообразного азота.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию изобретения "новизна".

Благодаря реализации отличительных признаков заявляемого технического решения в совокупности с признаками, общими с прототипом, у заявляемого объекта обеспечивается экономия криогенной жидкости при одновременном улучшении качества готового продукта.

При этом не известны другие технические решения, в которых указанная совокупность признаков придавала бы объекту такие же свойства. Это обстоятельство подтверждает соответствие предложенного технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство, горизонтальный разрез; на фиг. 2 - вертикальный разрез по приемному устройству, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вертикальный разрез по загрузочному устройству, разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вертикальный разрез по кюветe, разрез В-В на фиг. 2.

В теплоизолированной камере 1 на вертикальной полой оси 2 установлен роторный транспортный механизм, представляющий собой размещенные по окружности камеры кюветы 3, связанные с вращающейся на оси 2 ступицей 4 параллелограммными рычажными механизмами 5, содержащими каждый два рычага, на нижнем рычаге каждого параллелограммного механизма установлен вращающийся ролик 6, опирающийся на кромку цилиндрического сменного копира 7, задающего траекторию перемещения каждой кюветы 3 с изменением высоты ее положения относительно уровня жидкости азота на протяжении оборота роторного транспортного механизма. При этом каждая кювета 3 может двигаться как в газовом объеме, так и в погруженном в жидкий азот состоянии в соответствии с заданной копиром 7 программой замораживания.

Приемное устройство представляет собой транспортерную ленту 8 с гребнями 9, определяющими положение объекта замораживания, заключенную в кожух 10, выполненный с окнами, обеспечивающими работу выталкивающего механизма 11. Поверхности ленты 8, гребней 9 и кожуха 10 образуют замкнутые объемы, ограничивающие истечение газообразного азота за пределы камеры 1.

На внешней, выступающей из камеры 1 части кожуха 10 выполнены с двух сторон патрубки, через которые с помощью вентилятора 12 организован поперечный поток воздуха, эвакуирующий за пределы производственного помещения вынесенный из камеры 1 газообразный азот. Привод 13 транспортера приемного устройства связан со ступицей 4 роторного транспортного механизма синхронизирующим приспособлением 14.

Во избежание обусловленного влажностью примерзания объекта к кювете 3 до погружения ее в жидкий азот в днище кювет 3 выполнены прорези, в которые при перемещении кюветы входят диски 15, установленные на неподвижных осях.

В полой оси 2 может быть размещен осевой насос 16 с приводом через разъемную муфту 17. Насос 16 нагнетает жидкий азот в патрубки 18 для охлаждения опрыскиванием.

Разгрузочное устройство обеспечивает поворот кюветы 3 в положение, при котором замороженный объект под собственным весом перемещается по желобу 19 для упаковки.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед началом работы теплоизолированную камеру 1 заполняют криогенной жидкостью (жидкий азот, жидкий воздух и пр.) до установленного технологией уровня, который в дальнейшем поддерживается постоянным.

Включение привода приемного устройства приводит в движение транспортерную ленту 8 с гребнями 9 и через синхронизирующий механизм приводит во вращение установленную на оси 2 ступицу 4 и связанные с ней рычажными параллелограммными механизмами 5 кюветы 3. Транспортерная лента 8 доставляет объекты замораживания внутрь камеры 1 в перемещающихся замкнутых объемах, образованных поверхностями транспортерной ленты 8, гребней 9 и кожуха 10. Благодаря синхронизирующему механизму замкнутые объемы поочередно совмещаются позиционно с кюветами 3, и с помощью выталкивающих механизмов 11 объекты подаются в них.

На этапе предварительного охлаждения кювета 3 перемещается в газовом объеме над поверхностью криогенной жидкости, при этом высота перемещения задается высотой участка копира 7, на кромку которого опирается ролик 6 нижнего рычага параллелограммного рычажного механизма 5. Объект замораживания поступает в камеру 1, как правило, влажным. Во избежание примерзания его к поверхности кюветы 3 до образования на поверхности объекта корочки льда объект периодически несколько смещается относительно кюветы 3, приподнимаясь дисками 15, входящими в прорези кюветы 3 при ее движении.

По окончании установленного периода предварительного охлаждения кювета 3 по заданной копиром 7 через ролик 6 траектории, продолжая движение по окружности, погружается в криогенную жидкость и выдерживается в ней установленное технологией время, после чего продолжает движение по окружности над уровнем криогенной жидкости, что обеспечивает выравнивание температур в объеме объекта. Весь цикл замораживания объекта осуществляется в пределах одного оборота ступицы 4 (механизма перемещения объекта). Далее на последней фазе оборота ступицы 4 происходит разгрузка кюветы 3 одним из известных способов, например, как показано на фиг. 3, опрокидыванием кюветы 3 над желобом 19, откуда замороженный объект поступает для упаковки.

В необходимых случаях, определяемых технологией, на этапе предварительного охлаждения возможно производить орошение объекта криогенной жидкостью, подаваемой с помощью насоса 16 через патрубки 18.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет реализовать оптимальную технологию замораживания объекта, сочетая в зависимости от природы и геометрических размеров объекта различные процессы охлаждения (предварительное охлаждение в газовом объеме с возможностью изменения температуры процесса в зависимости от высоты траектории кюветы над поверхностью криогенной жидкости, программное или быстрое замораживание в процессе погружения в криогенную жидкость, выравнивание температуры после извлечения из жидкости).

Сменные копиры позволяют задавать оптимальные режимы замораживания самых разнообразных биологических объектов, как эндокринно-ферментного сырья, так и пищевых продуктов животноводства и растениеводства.

Благодаря перемещению объектов замораживания в приемном устройстве в замкнутых объемах утечка газообразного азота существенно ограничена.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРИОГЕННОГО ЗАМОРАЖИВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ, содержащее теплоизолированную камеру для криогенной жидкости, приемное и разгрузочное устройства и механизм перемещения объектов замораживания, отличающееся тем, что камера выполнена цилиндрической, установлена вертикально и снабжена полой осью, укрепленной на днище вдоль геометрической оси камеры, и копиром, выполненным в виде цилиндрической обечайки переменной высоты, установленной на днище концентрично полой оси, при этом механизм перемещения объектов замораживания содержит установленную на полой оси ступицу, сообщенную посредством шарнирных рычажных параллелограммов с кюветами для размещения объектов, причем нижний рычаг каждого параллелограмма снабжен роликом, имеющим контакт с верхней кромкой обечайки копира, а приемное устройство содержит заключенный в кожух ленточный транспортер и гребни, расположенные на ленте так, что между поверхностями кожуха, ленты и гребней образованы замкнутые полости для размещения биологических объектов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что для предотвращения примерзания объектов в днищах кювет выполнены прорези, а под кюветами расположены неподвижные диски для введения их в указанные прорези и смещения объекта при вращении кювет.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в полости оси установлен осевой насос, а над кюветами размещены сообщенные с осью коллекторы с отверстиями для орошения объектов криогенной жидкостью.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4