автономная камера высокого давления для хранения биологических материалов

Формула изобретения

1. АВТОНОМНАЯ КАМЕРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ, содержащая цилиндрический корпус с водой, служащей рабочей средой, и крышкой, отличающаяся тем, что камера снабжена теплоизоляционной рубашкой, открытой со стороны крышки, внутренняя часть которой и полость камеры образуют кольцевое пространство для кристаллизации воды, при этом кольцевое пространство выполнено в сечении в виде трапеции, большее основание которой обращено к крышке, причем камера снабжена цилиндром с внутренней перегородкой и предохранительным устройством.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что предохранительное устройство содержит эластичную емкость, заполненную незатвердевающей при 0^oС и рабочем давлении жидкостью, герметично соединенной с втулкой, в которой установлена шпилька с уплотнительным кольцом и грундбукса с двумя внутренними глухими пазами, поджатая гайкой, при этом цилиндр снабжен подпятником, пружиной и болтом для поджатия этой пружины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, а именно, к камерам для низкотемпературного хранения биологических материалов без замораживания при температуре ниже 0^оС под гидростатическим давлением, может быть использовано для криоконсервирования биоматериалов в биологии, медицине, сельском хозяйстве и позволяет сохранять свойства материалов.

Известна камера высокого давления, которая представляет собой цилиндр с завинчивающимися пробками, полость которого заполняет глицерин, который бесконтактно передает давление образцу, т.к. контейнер с образцом, помещенный в камеру высокого давления, представляет собой цилиндр с пробками, играющими роль поршня. В камере ручным насосом создается давление [1]

Известная камера высокого давления обладает следующими недостатками: гидростатическое давление в камере создается компрессором; при охлаждении камеры давление в компрессоре уменьшается и не регулируется; отсутствует предохранительное устройство.

Известен резервуар под давлением, снабженный клапаном, содержащий жесткий корпус, в котором расположен эластично деформируемый сепаратор, разделяющий корпус на две отдельные камеры, одна из которых сообщается с атмосферным отверстием, запираемым вентилем, в котором установлен клапан. Головка клапана выступает из седла, охватывая отверстие, пружина смещает головку в направлении, противоположном седлу. Согласно изобретению верхняя поверхность головки клапана представляет собой сферический колпак, имеющий в плане круглый контур [2]

Недостаток известного устройства заключается в отсутствии предохранительного устройства.

Наиболее близкой по технической сущности является автономная камера высокого давления, в которой средой, передающей давление на образец, служит вода, кристаллизующаяся при охлаждении ниже 0^оС с увеличением объема, в результате чего давление в камере увеличивается и при заданной температуре в равновесном состоянии находятся лед и вода под давлением, соответствующем температуре этого равновесного состояния на линии фазового превращения вода-лед. Камера состоит из корпуса, в котором расположен образец, и завинчивающихся пробок, полость камеры заполняет вода [3]

Однако эта камера высокого давления охлаждается со всех сторон, что приводит к кристаллизации воды на всей поверхности (внутренней) полости камеры, причем толщина льда, зависящая от градиента температуры внутри полости камеры, неравномерна, и поэтому положение объема жидкой воды, передающей давление на образец, не контролируется, что может привести к вмораживанию образца в лед и, следовательно, деформации образца и кристаллизации воды внутри образца.

Известная автономная камера высокого давления не имеет предохранительного устройства, что при повышении давления выше предела прочности камеры может привести к ее разрушению.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков известного, создание контролируемого гидростатического давления на биологический материал при температуре ниже 0^оС, а также повышение надежности и безопасности работы с автономной камерой высокого давления.

Это достигается за счет того, что автономная камера высокого давления содержит теплоизоляционную рубашку, открытую со стороны крышки, цилиндр с внутренней перегородкой, предохранительное устройство, содержащее эластичную емкость, заполненную незатвердевающей жидкостью при температуре ниже 0^оС и рабочем давлении, герметично соединенную с втулкой, в которой находится шпилька с уплотнительным кольцом и грундбукса с двумя внутренними глухими пазами, поджатая гайкой, цилиндр, содержащий подпятник, пружину и гайку, поджимающую пружину, а внутренняя часть крышки и полость камеры высокого давления образуют кольцевое пространство с сечением в виде трапеции, наибольшее основание которой обращено к крышке.

Особенность изобретения в том, что удалось разработать камеру высокого давления, в которой при затвердевании воды, находящейся в жидком состоянии, развивается давление, передаваемое телу, помещенному в бомбе, а само устройство надежно и безопасно в работе.

На фиг. 1 изображена автономная камера высокого давления в рабочем состоянии, общий вид; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 фазовая Р-Т диаграмма воды и квазиравновесный процесс создания давления в автономной камере высокого давления при ее охлаждении.

Предлагаемая автономная камера высокого давления содержит цилиндрический корпус 1, крышку 2 с уплотнительным кольцом 3 и рукояткой 4, утопленной в пазу 5 крышки 2, разъем 6 с фиксирующим устройством, состоящим из цилиндра 7, пальца 8, накидной гайки 9 и пружины 10, фторопластовый цилиндр 11 с внутренней перегородкой, герметичную эластичную емкость 12 с биологическим материалом, предохранительное устройство, состоящее из эластичной емкости 13, заполненной смесью этилового спирта и глицерина 14, герметично соединенной с втулкой 15 с уплотнительным кольцом 16, шпильки 17 с уплотнительным кольцом 18, грундбуксы 19 с двумя глухими пазами 20, гайки 21, цилиндра 22, подпятника 23, пружины 24, болта 25, колпак 26, поролоновую теплоизоляционную рубашку 27 и кольцо 28, дистиллированную воду 29 и лед 30.

Автономная камера высокого давления работает следующим образом.

В полости камеры высокого давления устанавливают герметичную эластичную емкость 12 с биологическим материалом и фторопластовый цилиндр 11 с внутренней перегородкой, камера высокого давления заполняется доверху дистиллированной водой 29, сверху на торец корпуса 1 опускают разъем 6, имеющий внутренний фигурный фланец с тремя лепестками, которые проходят между лепестками фигурного фланца корпуса 1, разъем 6 поворачивается вокруг оси корпуса 1 на 60^о таким образом, чтобы лепестки фланца корпуса 1 совместились. Это положение разъема 6 закрепляется пальцем 8 фиксирующего устройства, с помощью рукоятки 4 крышка 2 вкручивается в разъем 6, и создается предварительное давление в уплотнительном кольце 3, после этого рукоятка 4 укладывается в паз 5 крышки, затем автономная камера высокого давления переворачивается и устанавливается на крышке 2 для быстрого охлаждения в морозильной камере до заданной температуры ниже 0^оС.

При охлаждении автономной камеры высокого давления вплоть до 0^оС давление в ней изменяется незначительно и приблизительно равно атмосферному (фиг. 3). Теплоизоляционная рубашка 27 позволяет охлаждать камеру высокого давления только со стороны крышки 2 до заданной температуры ниже 0^оС, при этом часть объема воды, среды, передающей давление на биологический материал, кристаллизуется на крышке внутри камеры высокого давления, а оставшийся объем жидкой воды, в котором расположена емкость 12 с биологическим материалом, находится под гидростатическим давлением Р, соответствующим температуре Т равновесного состояния Е на линии OL фазового превращения вода-лед 1 (фиг. 3). Таким образом, при заданной температуре Т ниже 0^оС в автономной камере высокого давления возникает точно определенное гидростатическое давление Р, при котором биологический материал находится в незамерзшем состоянии.

Внутренняя часть крышки 2 и полость корпуса 1 образуют кольцевое пространство, в котором кристаллизуется вода, с сечением в виде трапеции, причем наибольшее основание этой трапеции обращено к крышке, что увеличивает площадь контакта льда 30 с крышкой 2 и уменьшает давление льда на крышку, в результате чего предотвращается плавление льда в области контакта льда с крышкой и повышается надежность уплотнения крышки (фиг.1).

Фторопластовый цилиндр с внутренней перегородкой препятствует перемещению емкости 12 с биологическим материалом к крышке 2 и с намерзшим на нее льдом 30. Поэтому при любом расположении автономной камеры высокого давления емкость 12 находится в объеме жидкой воды под гидростатическим давлением (фиг.1).

Предохранительное устройство, содержащее эластичную емкость 13, заполненную незатвердевающей смесью этиловый спирт-глицерин 14 при температуре ниже 0^оС и рабочем давлении, работает следующим образом: при повышении давления в автономной камере высокого давления выше критического шпилька 17 опускается вниз таким образом, что ее верхний кончик доходит до двух внутренних глухих пазов 20, расположенных в нижней части грундбуксы 19, при этом смесь этилового спирта с глицерином выбрасывается наружу, и давление в камере высокого давления падает.

Если бы отсутствовала эластичная емкость, заполненная незатвердевающей жидкостью при температуре ниже 0^оС и рабочем давлении, то при выбросе воды и, следовательно, падении давления вода в канале шпильки мгновенно бы кристаллизовалась, и предохранительное устройство вышло бы из строя.

Предлагаемая автономная камера высокого давления может быть использована для хранения пищевых продуктов в домашних морозильных камерах.