SU1265447A1

SU1265447A1 - Device for low-temperature cooling of biomaterials

Info

Publication number: SU1265447A1
Application number: SU853905896A
Authority: SU
Inventors: Любовь Трофимовна Стрелец; Валерий Николаевич Тельнюк
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-10-23

Abstract

Изобретение относитс к области медицинской криогенной техники и позвол ет осуществить низкотемпературное охлаждение биоматериалов. В процессе разрежени в емкость (Е) 2 утилизатора по трубопроводу (Т) 4 поступает жидкий хладагент до того момента, пока клапан 5 не перекроет его подачу в Ё 2. Перекрытие Т 4 происходит при заданной разности давлений в сосуде 1 и Е 2. Трубопровод 10 перекрыт клапаном 12. Далее производитс загрузка контейнеров 7 с биоматериалом в камеру 6, открываетс вентиль 19, а вакуум-насосом 3 обеспечиваетс разрежение в Е 2, трубопроводе 9 и камере 6. По команде с блока 13 включаетс привод 15 вентил тора н открываетс клапан 12. Хладагент под давлением поступает из сосуда 1 в камеру 6, а пары хладагента по трубопроводу 9 - в Е 2, где конденсируютс , проход т через хладагент с более низкой температурой, чем температура хладагента в сосуде, благодар разрежению в Е 2 на уровне тройной точки. При превышении статического давлени сконденсировавшейс (О жидкости и давлени в Е 2 под давлением в сосуде 1 срабатывает клапан 5, и хладагент из Е 2 сливаетс в сосуд 1 дл повторного использоваии . 1 ил. tsp CD сл 4 4;: 1The invention relates to the field of medical cryogenic technology and allows for low-temperature cooling of biomaterials. In the process of dilution, liquid refrigerant enters the container (E) 2 of the utilizer through the pipeline (T) 4 until valve 5 blocks its supply to E 2. The overlap of T 4 occurs at a given pressure difference in vessel 1 and E 2. Pipeline 10 is closed by valve 12. Next, containers 7 with biomaterial are loaded into chamber 6, valve 19 is opened, and vacuum pump 3 is provided with a vacuum in E 2, pipe 9 and chamber 6. At the command of unit 13, fan drive 15 is turned on and valve is opened 12. Refrigerant under pressure enters t from vessel 1 to chamber 6, and refrigerant vapors through conduit 9 to E 2, where they are condensed, pass through a refrigerant with a lower temperature than the temperature of the refrigerant in the vessel, due to a vacuum in E 2 at the triple point. When the static pressure of the condensed pressure is exceeded (O liquid and pressure in E 2 under pressure in vessel 1, valve 5 is activated, and the refrigerant from E 2 is discharged into vessel 1 for reuse. 1 ill. Tsp CD CL 4 4 ;: 1

Description

Изобретение относитс к медицинской криогенной технике, а именно к устройствам дл низкотемпературного охлаждени биоматериалов .The invention relates to a medical cryogenic technique, namely to devices for low-temperature cooling of biomaterials.

Цель изобретени - снижение потерь хладагента при работе устройства.The purpose of the invention is to reduce refrigerant losses during operation of the device.

На чертеже схематически изображено устройство дл низкотемпературного охлаждени биоматериалов.The drawing schematically shows a device for low-temperature cooling of biomaterials.

Устройство содержит теплоизолированный сосуд 1 дл хладагента, утилизатор, включающий изолированную емкость 2, размещенную над сосудом 1 и подсоединенную к источнику разрежени (вакуум-насосу) 3, трубопровод 4 с механическим клапаном 5 дл подачи хладагента в емкость 2 из сосуда 1 и обратного слива его в этот сосуд , камеру 6 замораживани с контейнерами 7 дл биоматериала и датчиком 8 температуры, трубопровод 9 дл отвода отработанного хладагента из камеры 6 в емкость 2, трубопровод 10 с нагревателем 11 :И регулировочным клапаном 12 дл подачи жидкого хладагента из сосуда 1 в камеру 6, блок 13 программного управлени , электрически св занный с нагревателем 11, клапаном 12, реле 14 давлени , приводом 15 вентил тора камеры 6, реле 16 давлени . Сосуд 1 и емкость 2 снабжены предохранительными клапанами 17 и 18, а трубопровод 9 и камера 6 - ручными вентил ми 19 и 20. Емкость 2 утилизатора имеет трубопровод 21 с вакуум-манометром 22. Свободный конец трубопровода 4 расположен ниже предполагаемого уровн хладагента в сосуде 1.The device contains a heat-insulated refrigerant vessel 1, a utilizer including an insulated container 2 placed above the vessel 1 and connected to a vacuum source (vacuum pump) 3, a pipeline 4 with a mechanical valve 5 for supplying refrigerant to the container 2 from the vessel 1 and returning it in this vessel, the freezing chamber 6 with containers 7 for the biomaterial and the temperature sensor 8, the pipeline 9 for draining the spent refrigerant from the chamber 6 to the tank 2, the pipeline 10 with the heater 11: And the adjusting valve 12 for feeding coolant from vessel 1 to chamber 6, software control unit 13, electrically connected to heater 11, valve 12, pressure relay 14, fan drive 15 of chamber 6, pressure relay 16. Vessel 1 and container 2 are equipped with safety valves 17 and 18, and pipeline 9 and chamber 6 are equipped with manual valves 19 and 20. Recycle tank 2 has pipeline 21 with a vacuum gauge 22. The free end of pipeline 4 is located below the expected refrigerant level in vessel 1 .

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Первоначально перекрываетс вентиль 19 и в емкости 2 создаетс через трубопровод 21 вакуум-насосом 3 разрежение, контролируемое реле 16 давлени и вакуум-нанометром 22. При понижении давлени в емкости 2 ниже заданного реле 16 давлени подает сигнал в блок 13 программного управлени и вакуум-насос 3 отключаетс . При повышении давлени происходит обратный процесс включени вакуум-насоса 3, при этом разрежение поддерживаетс посто нным.The valve 19 is initially shut off and vacuum tank 3 is created through pipe 21 by vacuum pump 3 controlled by pressure switch 16 and vacuum nanometer 22. When pressure in tank 2 drops below a predetermined pressure switch 16, it sends a signal to program control unit 13 and a vacuum pump 3 is disabled. With increasing pressure, the reverse process of turning on the vacuum pump 3 occurs, and the vacuum is kept constant.

В процессе разрежени в емкости 2 по трубопроводу 4 поступает хладагент, например жидкий азот, до того момента, пока клапан 5 не перекроет подачу хладагента в емкость 2. Перекрытие трубопровода 4 происходит при заданной разности давлений в сосуде 1 и емкости 2. Трубопровод 10 перекрыт клапаном 12. Далее производитс загрузка контейнеров 7 с биоматериалом в камеру 6, провер етс закрытие вентил 20, открываетс вентиль 19 и вакуум-насосом 3 обеспечиваетс разрежение в емкости 2, трубопроводе 9 и камере 6.In the process of dilution in the tank 2, the refrigerant, for example liquid nitrogen, flows through the pipeline 4 until valve 5 blocks the flow of refrigerant into the container 2. The pipeline 4 is blocked at a given pressure difference in the vessel 1 and tank 2. The pipeline 10 is blocked by a valve 12. Next, the containers 7 with the biomaterial are loaded into the chamber 6, the closure of the valve 20 is checked, the valve 19 is opened and the vacuum pump 3 is provided with a vacuum in the tank 2, the pipe 9 and the chamber 6.

При включении программы охлаждени по команде с блока 13 программного управлени включаетс привод 15 вентил тора и открываетс клапан 12, хладагент под давлением поступает из сосуда 1 в камеру 6, а пары хладагента по трубопроводу 9 - в емкость 2, где в основном конденсируютс , проход через хладагент с более низкой температурой , чем температура хладагента в сосуде 1, так как разрежение в емкости 2 поддерживаетс на уровне тройной точки (хладагент-жидкий азот, давление 0,12 ат, температура 63,14 К). Газообразна несконденсировавша с часть хладагента может незначительно повысить давление в емкости 2, но вакуум-насос 3 восстанавливает разрежение . Слой жидкого хладагента в емкости 2 в процессе работы возрастает. При превышении статическим давлением сконденсировавшейс жидкости и давлением в емкости 2 давлени в сосуде 1 срабатывает клапан 5 и хладагент из емкости 2 сливаетс в сосуд 1 дл повторного использовани .When the cooling program is turned on by a command from the software control unit 13, the fan drive 15 is turned on and the valve 12 opens, the refrigerant under pressure flows from vessel 1 to chamber 6, and the refrigerant vapor through line 9 to tank 2, where it mostly condenses, the refrigerant with a lower temperature than the temperature of the refrigerant in vessel 1, since the vacuum in the tank 2 is maintained at the triple point (refrigerant-liquid nitrogen, pressure 0.12 atm, temperature 63.14 K). The gaseous part of the refrigerant that is not condensed may slightly increase the pressure in the tank 2, but the vacuum pump 3 restores the vacuum. The layer of liquid refrigerant in the tank 2 in the process increases. When the static pressure of the condensed liquid and the pressure in the tank 2 are above the pressure in the vessel 1, the valve 5 is activated and the refrigerant from the tank 2 is drained into the vessel 1 for reuse.

Программное замораживание биоматериала в контейнерах 7 обеспечиваетс блоком 13 программного управлени по датчику 8 температуры , сигнал от которого поступает в блок 13, преобразуетс в напр жение f/т (где (Т°С), пропорциональное текущему значению температуры. С этого сигнала выдел етс производна , сравниваема с посто нным напр жением, соответствующим заданному значению скорости охлаждени , вырабатываетс сигнал рассогласовани , который затем преобразуетс в сигнал, управл ющий работой нагревател 11, реле 14 давлени и клапана 12.Software freezing of biomaterial in containers 7 is provided by software control unit 13 by temperature sensor 8, the signal from which enters unit 13, is converted to voltage f / t (where (T ° C) proportional to the current temperature value. From this signal, compared to a constant voltage corresponding to a predetermined cooling rate value, an error signal is generated, which is then converted into a signal controlling the operation of the heater 11, the pressure relay 14 and the valve 12.

Давление в сосуде 1 при работе камеры 6 поддерживаетс посто нным. При превышении заданного давлени в сосуде 1 срабатывает предохранительный клапан 17, стравливающий излишки в атмосферу. При понижении заданного давлени в сосуде 1 реле 14 давлени включает нагреватель 11. Аналогично работает и предохранительный клапан 18 на емкости 2 в случае создани в ней избыточного давлени выше нормы, что возможно при отключении или отказе вакуумнасоса 3.The pressure in vessel 1 is kept constant during the operation of chamber 6. When the set pressure in the vessel 1 is exceeded, a safety valve 17 is triggered, which releases the excess to the atmosphere. When the set pressure in the vessel 1 is lowered, the pressure switch 14 turns on the heater 11. The safety valve 18 on the tank 2 also works in the same way if an overpressure above it is normal, which is possible if the vacuum pump 3 turns off or fails.

После окончани процесса охлаждени контейнеров 7 с биоматериалом дл изъ ти их из камеры 6 необходимо закрыть вентиль 19 и открыть вентиль 20, вынуть контейнеры 7 с биоматериалом и произвести новую загрузку. При необходимости аварийного слива хладагента из емкости 2 отключаетс вакуум-насос 3 и открываетс предохранительный клапан 18, хладагент из емкости 2 полностью сливаетс в сосуд 1.After the process of cooling the containers 7 with the biomaterial is completed, to remove them from the chamber 6, it is necessary to close the valve 19 and open the valve 20, remove the containers 7 with the biomaterial and produce a new load. If necessary, emergency draining of the refrigerant from the tank 2, the vacuum pump 3 is turned off and the safety valve 18 opens, the refrigerant from the tank 2 is completely drained into the vessel 1.

Предлагаемое устройство дл низкотемпературного охлаждени биоматериалов позвол ет значительно увеличить сроки хранени хладагента в сосуде 1 за счет разрежени в емкости 2, понижающего температуру имеющегос в ней хладагента и образующего герметичную пробку дл предохранени от теплоподвода к хладагенту вThe proposed device for low-temperature cooling of biomaterials can significantly increase the shelf life of the refrigerant in the vessel 1 due to the vacuum in the tank 2, which lowers the temperature of the refrigerant therein and forms an airtight plug to protect the heat supply to the refrigerant.

сосуде 1. Наличие в емкости 2 хладагента с более низкой температурой, чем хладагент , выход щий из камеры 6 замораживани , позвол ет обеспечить конденсацию хладагента в утилизаторе с последующим сливом в сосуд 1 через трубопровод 4, т. е. образуетс замкнутый контур циркул ции хладагента. Причем потери хладагента незначительны, ощутимы только в начальный момент запуска устройства ввиду откачки газообразной фракции. При тех же объемах камеры б замораживани , теплоизолированного сосуда 1 дл храдагента предлагаемое устройство позвол ет обеспечить более двух дес тков циклов замораживани без дозаправки хладагента, что существенно в транспортном варианте.vessel 1. The presence in the tank 2 of a refrigerant with a lower temperature than the refrigerant coming out of the freezing chamber 6 allows condensation of the refrigerant in the waste heat exchanger followed by discharge into the vessel 1 through line 4, i.e. a closed refrigerant circuit is formed . Moreover, the loss of the refrigerant is insignificant, it is noticeable only at the initial moment of the device start-up due to pumping of the gaseous fraction. With the same volume of the freezing chamber b, the heat insulated vessel 1 for the storage agent, the proposed device allows to provide more than two dozen freezing cycles without refrigerant recharging, which is significant in the transport variant.

Claims

Invention Formula

A device for low-temperature cooling of biomaterials, containing a refrigerant vessel, an associated freezing chamber and a software control unit, characterized in that, in order to reduce refrigerant loss, it is equipped with a refrigerant utilizer, which has a tank connected to the vacuum source and installed above the refrigerant vessel, communicated with the vessel and the freezing chamber by means of pipelines, the free end of the first of which is located below the expected level of the refrigerant, and on this pipeline water installed valve for bypass refrigerant.