Устройство для замораживания компонентов крови

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано на станциях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях. Устройство для замораживания компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, содержит состоящий из двух частей, связанных между собой шарниром, теплоизолированный корпус с замком, систему управления, два датчика температуры, два блока полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса, связанный с системой визуальной и звуковой сигнализации и датчиком напряжения сети, датчик положения двери и источник электропитания. В теплоизолированном корпусе размещается рабочая камера, форма внутренней поверхности которой повторяет форму внешней поверхности полимерного контейнера с компонентами крови. Устройство дополнительно содержит первую и вторую системы принудительного воздушного охлаждения, причем каждый из блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье находится в непосредственном тепловом контакте с соответствующей частью рабочей камеры, а в каждой из двух частей теплоизолированного корпуса выполнены сквозные воздушные каналы, соединенные с соответствующими системами принудительного воздушного охлаждения. Изобретение обеспечивает высокую скорость замораживания при низких затратах электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к теплообменной технике, используемой в медицине, в частности, может использоваться на станциях переливания крови, в отделениях переливания крови, в хирургических и реанимационных отделениях больниц и клиник, а также в научно-исследовательских медицинских учреждениях.

Согласно «Техническому регламенту о требованиях безопасности крови, ее продуктов, кровезамещающих растворов и технических средств, используемых в трансфузионно-инфузионной терапии», утвержденному постановлением Правительства РФ от 26 января 2010 г. №29), донорская кровь и ее компоненты должны быть биологически полноценны, обладать функциональной активностью и лечебной эффективностью. Наиболее востребованным и часто применяемым компонентом крови является плазма. Скорость замораживания плазмы непосредственно влияет на сохранение белков плазмы и факторов свертывания. Для максимального сохранения содержания факторов свертывания общее время замораживания плазмы до температуры минус 30°С не должно превышать 40 минут, дальнейшее хранение плазмы крови осуществляется при температуре ниже минус 25°С.

Известны устройства для замораживания жидкого биологического вещества (см. RU 2150933, кл. F25D 13/00, 20.06.2000, RU 2256129, кл. F25D 13/00, 01.09.2004), содержащие два морозильных аппарата, в которых процесс замораживания осуществляют в следующих один за другим трех этапах. Процесс замораживания обеспечивают холодильные агрегаты, включающие холодильный компрессор, конденсатор, вентилятор, испаритель, размещенный в рабочей камере, нагнетатель с двигателем для обеспечения циркуляции жидкого хладоносителя в ванне, в которой размещены герметичные емкости с биологическим веществом.

Недостатком известных устройств является сложность устройств, длительное время замораживания и большие затраты электроэнергии на обеспечение работы морозильных аппаратов.

Наиболее близким устройством является устройство для хранения концентрата тромбоцитов (см. RU 2228735, кл. А61J 1/05, 20.05.2004), включающее устройство для замораживания, которое обеспечивается блоком полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье. Устройство содержит теплоизолированный корпус, систему управления, связанную с датчиком температуры и блоком полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье (устройство для замораживания), блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса, связанный с системой визуальной и звуковой сигнализации, узел сопряжения с персональным компьютером и датчик напряжения сети, датчик положения двери, источник электропитания. Указанное устройство позволяет снизить затраты электроэнергии на процесс замораживания.

Недостатком этого устройства является длительное время замораживания компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, вследствие низкого КПД из-за недостаточного теплового контакта блока полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье с замораживаемыми компонентами крови.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в устранении указанного недостатка и создании устройства для замораживания компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах с низкими затратами электроэнергии на процесс замораживания и высоким КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для замораживания компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, содержащем теплоизолированный корпус с замком, систему управления, связанную с датчиком температуры, блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса, связанный с системой визуальной и звуковой сигнализации, узлом сопряжения с персональным компьютером, датчиком напряжения сети, датчик положения и источник электропитания, теплоизолированный корпус состоит из двух частей, связанных между собой шарниром, допускающим вращательное движение частей теплоизолированного корпуса вокруг оси шарнира, в теплоизолированном корпусе размещена рабочая камера, состоящая из двух частей, части рабочей камеры расположены симметрично плоскости, проходящей через ось шарнира, форма внутренней поверхности рабочей камеры повторяет форму внешней поверхности полимерного контейнера с компонентами крови, содержит дополнительный блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, дополнительный датчик температуры, связанный с системой управления, первую и вторую системы принудительного воздушного охлаждения, каждый из блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье находится в непосредственном тепловом контакте с соответствующей частью рабочей камеры, в каждой из двух частей теплоизолированного корпуса выполнены сквозные воздушные каналы, соединенные с соответствующими системами принудительного воздушного охлаждения, система управления связана с каждым из блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, с первой и второй системами принудительного воздушного охлаждения через соответствующие коммутаторы, соединенные с источником электропитания с датчиком положения, а также с блоком аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для замораживания компонентов крови теплоемкость рабочей камеры превышает теплоемкость компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, по крайней мере, в пять раз.

На фигуре показана принципиальная схема устройства для замораживания компонентов крови.

На принципиальной схеме устройства для замораживания компонентов крови показаны:

1. Теплоизолированный корпус;

2. Замок;

3. Система управления;

4. Датчик температуры;

5. Блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье;

6. Блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса;

7. Система визуальной и звуковой сигнализации;

8. Узел сопряжения с персональным компьютером;

9. Датчик напряжения сети;

10. Датчик положения;

11. Источник электропитания;

12. Верхняя часть корпуса;

13. Нижняя часть корпуса;

14. Шарнир;

15. Ось;

16. Рабочая камера;

17. Верхняя часть рабочей камеры;

18. Нижняя часть рабочей камеры;

19. Дополнительный блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье;

20. Дополнительный датчик температуры;

21. Первая система принудительного воздушного охлаждения;

22. Вторая система принудительного воздушного охлаждения;

23.Сквозные воздушные каналы;

24. Коммутатор;

25. Коммутатор.

Работа устройства для замораживания компонентов крови, находящихся в полимерном контейнере, осуществляется следующим образом.

Включают источник электропитания 11, обеспечивающий электропитание коммутаторов 24 и 25, системы управления 3, и блока аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса 6, контроль наличия напряжения осуществляется датчиком напряжения сети 9. По соответствующему сигналу с системы управления 3, напряжение питания подается на первую 21 и вторую 22 системы принудительного воздушного охлаждения и на блоки полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье 5 и 19 посредством коммутаторов 24 и 25. Сторона термобатареи, контактирующая с рабочей камерой, начитает охлаждаться, охлаждая при этом рабочую камеру 16, другая сторона термобатареи начинает нагреваться, системы принудительного воздушного охлаждения 21 и 22 осуществляют отвод избыточного тепла от соответствующих блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье (систем охлаждения) через сквозные воздушные каналы 23 в частях теплоизолированного корпуса 12 и 13. Температура рабочей камеры контролируется с помощью датчиков температуры 4 и 20, по достижении рабочей камерой необходимой отрицательной температуры, система управления формирует соответствующий сигнал, который подается на систему визуальной и звуковой сигнализации 7 через блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса 6, что позволяет зафиксировать готовность устройства к проведению замораживания компонентов крови, находящихся в полимерном контейнере.

Отпирают замок 2 и открывают рабочую камеру 16, поворачивая одну часть 12 теплоизолированного корпуса 1 относительно другой 13 вокруг оси 15 шарнира 14. В одну из частей рабочей камеры помещается полимерный контейнер с компонентами крови, предназначенными для замораживания, закрывают рабочую камеру 16 путем поворота одной части 12 теплоизолированного корпуса 1 относительно другой 13 вокруг оси 15 шарнира 14. Поскольку форма внутренней поверхности рабочей камеры повторяет форму внешней поверхности полимерного контейнера, обеспечивается хороший тепловой контакт рабочей камеры со стенками полимерного контейнера и соответственно с компонентами крови. За счет того, что теплоемкость рабочей камеры превосходит, по крайней мере, в пять раз теплоемкость компонентов крови, находящихся в полимерном контейнере, происходит быстрое охлаждение и замораживание компонентов крови, находящихся в полимерном контейнере. Начало процесса замораживания отсчитывается с момента срабатывания датчика положения 10 и запоминается блоком аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса 6. В процессе замораживания, информация о параметрах процесса передается системой управления в блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса 6. По окончании процесса замораживания, заданного временем замораживания, система управления формирует соответствующий сигнал, который подается на систему визуальной и звуковой сигнализации 7 через блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса 6, что позволяет зафиксировать окончание процесса замораживания компонентов крови, находящихся в полимерном контейнере. Отпирают замок 2 и открывают рабочую камеру 16, поворачивая одну часть 12 теплоизолированного корпуса 1 относительно другой 13 вокруг оси 15 шарнира 14, извлекают полимерный контейнер с замороженными компонентами крови, закрывают рабочую камеру 16 путем поворота одной части 12 теплоизолированного корпуса 1 относительно другой 13 вокруг оси 15 шарнира 14. Извлеченный полимерный контейнер с замороженными компонентами крови помещают в низкотемпературный холодильник для дальнейшего хранения.

Проведенные эксперименты по замораживанию компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, показали, что теплоемкость рабочей камеры должна превышать теплоемкость компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, по крайней мере, в пять раз.

Система визуальной и звуковой сигнализации содержит необходимые цифровые, световые индикаторы, а также звуковые излучатели, позволяющие оператору получать необходимую информацию о состоянии устройства и параметрах процесса.

Узел сопряжения с персональным компьютером 8 обеспечивает возможность дистанционного контроля параметров процесса замораживания на экране монитора, запоминание параметров процесса при исправной сети, а также обработку данных (построение графиков и печать протокола).

Блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса строится на стандартных элементах, таких как микросхемы памяти, световые индикаторы, а также звуковые излучатели. Протоколирование является документальным подтверждением соответствия качества компонентов крови нормативным документам.

Датчик температуры может быть выполнен, например, на основе интегрального датчика температуры типа DS1820 фирмы Maxim.

Система управления может быть выполнена на базе микропроцессора типа LPC2168 фирмы NXP. Коммутаторы могут быть выполнены на широко применяемых стандартных элементах, таких как реле и транзисторы.

Изобретение позволяет обеспечить высокую скорость замораживания при низких затратах электроэнергии на процесс замораживания и высоком КПД.

1. Устройство для замораживания компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, содержащее теплоизолированный корпус с замком, систему управления, связанную с датчиком температуры, блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, блок аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса, связанный с системой визуальной и звуковой сигнализации, узлом сопряжения с персональным компьютером и датчиком напряжения сети, датчик положения, источник электропитания, отличающееся тем, что теплоизолированный корпус состоит из двух частей, связанных между собой шарниром, допускающим вращательное движение частей теплоизолированного корпуса вокруг оси шарнира, в теплоизолированном корпусе размещается рабочая камера, состоящая из двух частей, части рабочей камеры расположены симметрично плоскости, проходящей через ось шарнира, форма внутренней поверхности рабочей камеры повторяет форму внешней поверхности полимерного контейнера с компонентами крови, содержит дополнительный блок полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, дополнительный датчик температуры, связанный с системой управления, первую и вторую системы принудительного воздушного охлаждения, каждый из блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье находится в непосредственном тепловом контакте с соответствующей частью рабочей камеры, в каждой из двух частей теплоизолированного корпуса выполнены сквозные воздушные каналы, соединенные с соответствующими системами принудительного воздушного охлаждения, система управления связана с каждым из блоков полупроводниковых термобатарей на основе элементов Пельтье, с первой и второй системами принудительного воздушного охлаждения через соответствующие коммутаторы, соединенные с источником электропитания с датчиком положения, а также с блоком аварийной сигнализации и протоколирования параметров процесса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что теплоемкость рабочей камеры превышает теплоемкость компонентов крови, находящихся в полимерных контейнерах, по крайней мере, в пять раз.