быстрозамораживатель, преимущественно для заполненных биологическими медицинскими субстанциями полимерных пакетов

Формула изобретения

1. Быстрозамораживатель, преимущественно для заполненных биологическими медицинскими субстанциями полимерных пакетов, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, заполненной охлажденной жидкостью и подсоединенной к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, контактирующие с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами, контактирующими в свою очередь с размещенным(и) между ними охлаждаемым(и) пакетом(ами), при этом термоэлектрические модули снабжены собственным блоком питания, изолированным от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей отличающийся тем, что полость, образованная теплопроводящими пластинами, заполнена жидкостью, в которой размещен(ы) охлаждаемый(е) пакет(ы), и выполнена герметичной, а температура замерзания жидкости ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, размещенных на внешней стороне указанной полости.

2. Быстрозамораживатель по п.1, отличающийся тем, что минимум две теплопроводящие пластины из образующих полость расположены под острым углом друг к другу.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области холодильной или морозильной техники и предназначено для быстрого замораживания различных растворов, в частности плазмы крови, помещенных в полимерные пакеты.

Известны быстрозамораживатели ГЕМОГЕРМ-Z, в которых высокая скорость замораживания пакетов с плазмой достигается использованием механической тележки с пакетами, совершающей движения с ускорением, периодически меняющимся по величине и направлению, что обеспечивает перемешивание содержимого пакетов, исключая образование корки льда, затрудняющей, из-за низкой теплопроводности, замораживание плазмы. Быстрозамораживатели FEMOTEPM-Z обеспечивают замораживание контейнеров с плазмой либо в потоке принудительно циркулирующего охлажденного до температуры минус (40-50)°C воздуха, либо в среде жидкого теплоносителя (этилового спирта), предварительно охлажденного до температуры минус (40-50)°C. Замораживание в низкотемпературной воздушной среде приводит к использованию сложных двухкаскадных холодильных машин, а малая теплоемкость воздуха исключает эффективный отбор тепла от контейнеров с плазмой. Процесс замораживания в среде охлажденного жидкого теплоносителя сокращает время замораживания, но увеличивает пожаро-взрывоопасность помещения, в которое попадает спирт, испарившийся с контейнеров после их извлечения, существует реальная опасность термического поражения обслуживающего персонала при контакте с холодным спиртом, над поверхностью холодного спирта при установке и извлечении контейнеров с плазмой образуется туман, затрудняющий работу персонала, а унос спирта с пакетами и попадание влаги воздуха в емкость со спиртом приводит к понижению концентрации спирта и необходимости периодически компенсировать его потери.

Наиболее близким но технической сущности и достигаемому результату является быстрозамораживатель, известный из патента RU 2438076 C1, МПК: F25D 13/00, F25B 21/02, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, заполненной охлажденной жидкостью и подключенной к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, контактирующие с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами, контактирующих в свою очередь с размещенным(и) между ним(и) охлаждаемым(и) накетом(ами) при этом термоэлектрические модули снабжены блоком питания, а на теплопроводящих пластинах установлены датчики температуры, подключенные к системе управления и контроля, которая связана с коммутатором полярности тока, соединенным с блоком питания термоэлектрических модулей, при этом блок питания, система управления и контроля изолированы от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей и контроля, в отличие от известного в него введены для каждого пакета устройства перемешивания содержимого полимерного пакета до момента замерзания биологической медицинской субстанции.

Недостатком быстрозамораживателя является большая площадь поверхности пакета, не имеющей контакта с теплопроводящими поверхностями и охлаждаемой через воздух, что приводит к уменьшению скорости охлаждения, так как охлаждение воздухом значительно уступает контактному отводу тепла.

Техническим результатом изобретения является сокращение времени замораживания помещенных в полимерные пакеты продуктов и растворов, в частности плазмы крови.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в быстрозамораживатель, преимущественно для заполненных биологическими медицинскими субстанциями полимерных пакетов, содержащий холодильное устройство с гидравлической магистралью, заполненной охлажденной жидкостью и подсоединенной к насосу через параллельно подключенные к этой магистрали теплообменники, контактирующие с одной поверхностью термоэлектрических модулей, вторая поверхность которых контактирует с теплопроводящими пластинами, контактирующими в свою очередь с размещенным(и) между ними охлаждаемым(и) пакетом(ами), при этом термоэлектрические модули снабжены блоком питания, при этом блок питания изолирован от теплопроводящих пластин с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами теплоизолирующей стенкой, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей, отличающийся тем, что полость, образованная теплопроводящими пластинами заполнена жидкостью, в которой размещен(ы) охлаждаемый(с) пакет(ы) и выполнена герметичной, а температура замерзания жидкости ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, размещенных на внешней стороне указанной полости.

Увеличение скорости замораживания решается тем, что жидкость (например, пропиленгликоль,) заполняющая полость, образованную теплопроводящими пластинами, контактируя с той частью поверхности пакетов, которая не касается теплопроводящих пластин, обеспечивает лучшую теплопередачу от теплопроводящих пластин к поверхности пакета по сравнению с воздухом, так как коэффициент теплопроводности пропиленгликоля - 0,218 Вт/мК, а воздуха при температуре минус 30°C примерно 0,02 Вт/мК.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена структура быстрозамораживателя с параллельным размещением теплопроводящих пластин, и фиг.2, на которой приведена структура быстрозамораживателя с расположением теплопроводящих пластин под углом друг к другу.

При этом на фиг.1 и фиг.2 представлены: холодильное устройство 1 с гидравлической магистралью 2, заполненной охлаждающей жидкостью, прокачиваемой насосом 3 через теплообменники 4, которые контактируют с одной из сторон термоэлектрических модулей 5. Другая сторона термоэлектрических модулей 5 контактирует с теплопроводящими пластинами 6, образующими герметичную полость и между которыми размещен контактирующий с ними охлаждаемый полимерный пакет 7, 7¹ заполненный, например, плазмой крови. Термоэлектрические модули 5 снабжены блоком питания 8, который изолирован от теплопроводящих пластин 6 с размещаемыми между ними охлаждаемыми пакетами 7, 7¹ теплоизолирующей стенкой 9, через которую проходят кабели питания термоэлектрических модулей 5. Герметичная полость между теплопроводящими пластинами 6 заполнена жидкостью 10 с низкой температурой замерзания.

Предложенное устройство работает следующим образом. Запускают в работу холодильное устройство 1. Включают насос 3, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в замкнутом гидравлическом контуре 2, охлажденного в холодильном устройстве 1 до необходимой минусовой температуры, например до минус 5°C. Подключают к сети электропитания блок питания 8 термоэлектрических модулей 5, благодаря чему электроэнергия поступает в термоэлектрические модули 5. Поверхности термоэлектрических модулей 5, контактирующие с теплообменниками 4, начинают выделять тепло, которое сбрасывается через теплообменники 4 в теплоноситель замкнутой гидравлической магистрали 2 и поступает в холодильное устройство 1. Поверхности термоэлектрических модулей 5, контактирующие с теплопроводящими пластинами 6, образующими герметичную полость, заполненную жидкостью 10 с низкой температурой замерзания, начинают охлаждать поверхности полимерного пакета 7, 7¹ контактирующие с теплопроводящими пластинами 6, что приводит к ускоренному охлаждению. Охлажденный теплоноситель проходит по теплообменникам 4 и отводит тепло от горячих поверхностей термоэлектрических модулей 5, поддерживая температуру этих поверхностей стабильной и более низкой, чем температура окружающей среды. Так как охлаждение пакета 7, 7 ¹ происходит не только за счет контакта части его поверхности с теплопроводящими пластинами 6, но и через остальную поверхность полимерного пакета 7, 7¹ через жидкость 10 с низкой температурой замерзания, которая ниже температуры холодных спаев термоэлектрических модулей, исключая тем самым образование льда, то содержимое полимерного пакета 7, 7¹ охлаждается более эффективно.

Для реализации предлагаемого технического решения могут быть использованы: в качестве термоэлектрических модулей 5 - термоэлектрические модули PM-127-14-11-72-L фирмы ООО «Кристалл», а качестве жидкости 10 можно применять пропиленгликоль, широко используемый в медицине.

Эксперименты показали, что использование пропиленгликоля сократило время замораживания пакета емкостью 0,3 литра до 8 минут, а без пропиленгликоля тот же пакет замораживался 13 минут.

Так как в гематологии нет требований к объему плазмы крови, помещаемой в пакет конкретного объема, то для обеспечения большей площади контакта полимерного пакета 7 при различном отношении объема плазмы к объему пакета, с теплопроводящими пластинами 6, минимум две теплопроводящие пластины 6, из образующих герметичную полость, расположены под острым углом друг к другу. Решение данной задачи поясняется фиг.2, на которой показаны контакты полимерного пакета 7 и 7¹ (пунктир) с теплопроводящими стенками 6 при различном заполнении плазмой.

Предлагаемый быстрозамораживатель, преимущественно полимерных пакетов, заполненных биологическими медицинскими субстанциями, например плазмой крови, превосходят но скорости замораживания все аналогичные устройства, отличается удобством в эксплуатации и большой надежностью в работе.