Быстрозамораживатель
Быстрозамораживатель, содержащий корпус, теплоизолированную рабочую камеру, в которой размещены трубки испарителя холодильного агрегата, держатели для размещения полимерных контейнеров с жидким биологическим веществом и две плиты с зеркально симметричными рядами отверстий, при этом плиты установлены в рабочей камере параллельно одна другой с образованием зазоров между собой и между каждой плитой и стенкой рабочей камеры, центры отверстий размещены на вертикальных параллельных прямых линиях, диаметры отверстий выполнены не меньше наружных диаметров трубок испарителя, расстояние между соседними параллельными линиями выполнено превышающим сумму размеров наружного диаметра трубок испарителя и толщины держателя, размер зазора между обращенными одна к другой плоскостями плит выполнен не меньше ширины держателя, трубки испарителя установлены в отверстиях плит и соединены патрубками в зазорах между плитами и стенками рабочей камеры с формированием испарителя, а держатели размещены между рядами трубок испарителя. Конструкция устройства позволяет повысить скорость замораживания жидких веществ. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники, конкретно, к устройствам для быстрого замораживания различных жидких продуктов, например, биологических медицинских субстанций, компонентов донорской крови, в частности плазмы, помещенных в полимерные контейнеры.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству относится быстрозамораживатель, содержащий корпус, теплоизолированную рабочую камеру в виде ванны с жидким хладоносителем, в которой размещены трубки испарителя холодильного агрегата, держатели для размещения в ванне полимерных контейнеров с замораживаемым жидким биологическим веществом (см. патент на полезную модель РФ №40446 U1, МПК 7 F 25 D 13/00, 10.09.2004).
Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в значительном тепловом сопротивлении теплового тракта между полимерными контейнерами с жидким биологическим веществом, предназначенным к замораживанию, и зонами теплоотвода в виде теплоотводящих трубок испарителя, размещенного в рабочей ванне.
В свою очередь, это обусловливает низкую эффективность отвода тепла от контейнеров с замораживаемым жидким биологическим веществом и снижение скорости замораживания.
Задачей изобретения является повышение скорости замораживания жидких биологических материалов путем снижения теплового сопротивления между контейнерами с жидким веществом и зонами теплоотвода.
Указанный технический результат достигается тем, что быстрозамораживатель содержит корпус, теплоизолированную рабочую камеру, в которой размещены трубки испарителя холодильного агрегата, держатели для размещения полимерных контейнеров с жидким биологическим веществом и две плиты с зеркально симметричными рядами отверстий, при этом плиты установлены в рабочей камере параллельно одна другой с образованием зазоров между собой и между каждой плитой и стенкой рабочей камеры, центры отверстий размещены на вертикальных параллельных прямых линиях, диаметры отверстий выполнены не меньше наружных диаметров трубок испарителя, расстояние между соседними параллельными линиями выполнено превышающим сумму размеров наружного диаметра трубок испарителя и толщины держателя, размер зазора между обращенными одна к другой плоскостями плит выполнен не меньше ширины держателя, трубки испарителя установлены в отверстиях плит и соединены патрубками в зазорах между плитами и стенками рабочей камеры с формированием испарителя, а держатели размещены между рядами трубок испарителя. Рабочая камера может быть выполнена в виде ванны, заполненной хладоносителем, остающимся в жидком агрегатном состоянии в температурном диапазоне, при котором происходит процесс замораживания, например, в качестве хладоносителя может быть использован этиловый спирт.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.
На фиг.1 представлен вид спереди предложенного быстрозамораживателя, на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1, на фиг.3 схематично представлена одна из плит рабочей камеры.
Предложенный быстрозамораживатель содержит корпус 1, в нижней части которого размещены компрессор 2 и конденсатор 3 холодильного агрегата, теплоизолированную рабочую камеру, выполненную, например, в виде ванны 4 с хладоносителем 5, остающимся в жидком фазовом состоянии в температурном диапазоне, при котором совершаются акты замораживания.
В качестве хладоносителя может быть применен этиловый спирт, температура фазового перехода которого при нормальном давлении составляет минус 113°С.
Вдоль одной пары противоположных одна другой боковых стенок ванны 4 установлены параллельно одна другой две трубные доски, выполненные в виде плит 6, в которых выполнены ряды отверстий 7, центры которых находятся на вертикальных параллельных прямых, при этом расположение отверстий 7 в одной плите 6 выполнено зеркально симметрично относительно отверстий 7 во второй плите 6.
В каждой паре отверстий 7 двух плит 6, расположенных одно против другого, параллельно одна другой размещены трубки 8 испарителя. Возможность такого размещения обеспечивается тем, что диаметр отверстий 7 выполнен превышающим наружный диаметр трубок 8, а также посредством создания зеркально симметричного расположения отверстий 7 в плитах 6.
Благодаря такому конструктивному исполнению испарителя внутренний объем ванны 4 с жидким хладоносителем 5 оказывается разделенным параллельными рядами трубок 8 на отдельные секции 9, в которых размещаются при замораживании держатели 10 полимерных контейнеров 11 с замораживаемым веществом 12, например медико-биологическим. Возможность размещения держателей 10 в секциях 9 между рядами параллельных трубок 8 обеспечивается тем, что расстояние L между соседними параллельными вертикальными линиями, на которых размещены центры отверстий 7, выполнено превышающим сумму размеров наружного диаметра D трубок 8 испарителя и толщины l держателя 10 полимерных контейнеров 11, т.е.
L>l+D.
Выход трубок 8 испарителя соединен с входом компрессора 2, трубопроводом 13, а между выходом компрессора 2 и входом испарителя 8 установлено дроссельное устройство 14, например, в виде капиллярной трубки.
Дополнительно в состав предложенного быстрозамораживателя может быть введен блок перемешивания (на чертеже не показан) жидкого хладоносителя 5 внутри ванны 4.
Дополнительно в состав предложенного быстрозамораживателя может входить механизм привода (на чертеже не показан), обеспечивающий движение держателей 10 с ускорением, периодически меняющимся по величине и направлению
Предложенный быстрозамораживатель работает следующим образом.
При включении быстрозамораживателя в сеть электропитания компрессор 2 холодильного агрегата начинает отсасывать пары хладагента по трубопроводу 13 из трубок 8 испарителя и, сжимая их, подает при повышенном давлении в конденсатор 3, в котором от хладагента отводится тепло во внешнюю среду, и последний переходит в жидкое состояние.
Далее жидкий хладагент при повышенном давлении поступает на вход дроссельного устройства 14, пройдя через которое уже при низком давлении поступает в трубки 8 испарителя, где осуществляется его кипение при низкой температуре, сопровождающееся отводом тепла от жидкого хладоносителя 5 в ванне 4.
Вследствие того что трубки 8 испарителя равномерно пронизывают рабочий объем ванны 4, холодопроизводительность холодильного агрегата равномерно распределяется по всему объему хладоносителя 5. Во всех точках рабочего объема ванны 4 максимальное расстояние от точек жидкого биологического вещества 12, подвергающегося замораживанию, до зон, в которых производится отвод тепла, т.е. до трубок 8 испарителя, сведено к минимуму и составляет примерно половину толщины держателя 10.
Тем самым сведена к минимуму величина теплового сопротивления между замораживаемым биологическим веществом 12 и зонами теплоотвода в виде трубок 8 испарителя, что в итоге и является одним из главных факторов, обеспечивающих увеличение скорости замораживания.
Дополнительная реализация циркуляции жидкого хладоносителя 5 в ванне 4, осуществляемая блоком перемешивания, не показанном на представленных графических материалах, приводит к дополнительной интенсификации теплообмена на внешней поверхности полимерных контейнеров 11, что обусловливает еще большее снижение величины вышеотмеченного теплового сопротивления и увеличение скорости замораживания.
Дополнительная реализация при замораживании движения держателей 10 с ускорением, периодически меняющимся по величине и направлению, осуществляемая посредством механизма привода, не показанном на представленных графических материалах, приводит к перемешиванию слоев жидкого биологического вещества 12 внутри полимерных контейнеров 11, что обусловливает дополнительное повышение коэффициента теплопередачи и соответственно снижение теплового сопротивления между веществом 12 и хладоносителем 5 и, как следствие, дополнительное увеличение скорости замораживания.
Предложенный быстрозамораживатель, как в совокупности с описываемыми дополнительными блоками, так и без них, может быть с успехом применен для замораживания компонентов донорской крови, в частности плазмы.
1. Быстрозамораживатель, содержащий корпус, теплоизолированную рабочую камеру, в которой размещены трубки испарителя холодильного агрегата, держатели для размещения полимерных контейнеров с жидким биологическим веществом и две плиты с зеркально симметричными рядами отверстий, при этом плиты установлены в рабочей камере параллельно одна другой с образованием зазоров между собой и между каждой плитой и стенкой рабочей камеры, центры отверстий размещены на вертикальных параллельных прямых линиях, диаметры отверстий выполнены не меньше наружных диаметров трубок испарителя, расстояние между соседними параллельными линиями выполнено превышающим сумму размеров наружного диаметра трубок испарителя и толщины держателя, размер зазора между обращенными одна к другой плоскостями плит выполнен не меньше ширины держателя, трубки испарителя установлены в отверстиях плит и соединены патрубками в зазорах между плитами и стенками рабочей камеры с формированием испарителя, а держатели размещены между рядами трубок испарителя.
2. Быстрозамораживатель по п.1, в котором рабочая камера выполнена в виде ванны, заполненной хладоносителем, остающимся в жидком агрегатном состоянии в температурном диапазоне, при котором происходит процесс замораживания.
3. Быстрозамораживатель по п.2, в котором в качестве хладоносителя использован этиловый спирт.
