Пристрій для заморожування біологічних об’єктів

Изобретение относится к низкотемпературному консервированию биологических объектов и может быть использовано для консервирования клеточных суспензий, плотных тканей и других объектов Целью изобретения является повышение сохранности биообъектов при замораживании. Контейнеры 3 с биообъектами устанавливают в центральном газоходе 2 После заправ 1597506 ки камер 9 хладагентом до заданного уровня включают вентилятор 13, который обеспечивает циркуляцию потока газообразного хладагента через канал 5, газоходы 4 и камеры 9, канал 6. Направляющие пластины 14 придают потоку осевое направление и осуществляют предварительное выравнивание скорости потока. Поток хладагента проходит через сетку 15, турбулизирующие элементы 16, имеющие форму, определяемую по установленным формулам, и установленные под контейнерами 3 с образованием зазора 17 для дополнительной турбулизации, Поток хладагента с уже сформированным развитым турбулентным пограничным слоем обтекает контейнеры 3, равномерно охлаждая их Излишки отработанных паров хладагента через отверстия 19 выпускаются в полость корпуса 1, создавая теплоизолирующую рубашку. 2 ил. Изобретение относится к криобиологии, а именно к низкотемпературному консервированию биологических объектов, и может быть использовано для консервирования клеточных суспензий, плотных тканей 5 и других биологических объектов, упакованных в контейнеры. Целью изобретения является повышение сохранности биообъектов при замораживании путем обеспечения 10 равномерности их охлаждения в контейнерах. На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг. 2 - турбулизирующий элемент, сечение. Устройство содержит теплоизолированный корпус 1, центральный газоход 2 с установленными в нем контейнерами 3 и боковые газоходы 4, соединенные с центральным газоходом 2 верхними и нижними 20 каналами 5 и 6 с образованием замкнутого контура. Контейнеры 3 установлены в центральном газоходе 2 с образованием зазоров 7 для прохождения охлаждающего газа. Газоходы 2 и 4 и каналы 5 и 6 размещены в 25 корпусе 1 с образованием между ними зазора 8 Вокруг боковых газоходов 4 размещены камеры 9 для хладагента с образованием общей развитой поверхности 10 теплообмена и отделены от корпуса 1 и центрального 30 газохода 2 зазорами 11 и 12. Центробежный вентилятор 13 расположен в верхнем канале 5 над центральным газоходом 2 перед камерами 9 по ходу движения хладагента. В зоне соединения центрального газохода 2 с 35 нижними каналами 6 установлены блоки направляющих пластин 14 с расположенной над ними сглаживающей сеткой 15. Направляющие пластины 14 выполнены изогнутыми и установлены так, что один конец каждой пластины 14 ориентирован вдоль 40 оси нижнего канала б, а другой - вдоль оси центрального газохода 2. Для формирования развитого турбулентного пограничного слоя под каждым контейнером 3 установлен турбулизирующий элемент 16, имеющий в сечении форму клина с выпуклыми криволинейными стенками и направленный острым концом к сетке 15. Радиус R кривизны турбулизирующего элемента 16 и его длину L определяют из условия, что пограничный слой в точке схода с натекателя полностью турбулизируется. Этому условию соответствуют следующие соотношения R и L, полученные из расчета пограничного слоя на криволинейной поверхности: 45 L > L2+h2 R= 3W ' ' 2h ' где L - длина турбулизирующего элемента; R - радиус кривизны турбулизирующего элемента; h - расстояние от оси контейнера до наружной поверхности его стенки; v - кинематическая вязкость газообразного хладагента; W - скорость газообразного хладагента; ReKp - критическое число Рейнольдса по толщине вытеснения потока, соответствующее переходу пограничного слоя из ламинарного в турбулентный. Между торцами контейнеров 3 и турбулизирующих элементов 16 оставлен зазор 17 размером 0,7-1,2 мм для дополнительной турбулизации потока. В стенках боковых газоходов 4 под верхней стенкой камер 9 для хладагента выполнены отверстия 18 для выхода паров испарившегося хладагента, и камеры 9 сообщены с полостью газоходов 4 через эти отверстия 18. В стенках центрального газохода 2 в верхней его части перед вентилятором 13 выполнены отверстия 19 для выхода паров хладагента в полость корпуса 1. Внутренняя поверхность корпуса 1 и внешняя поверхность камер 9 для хладагента покрыты слоем теплоизолирующего материала 20. Жидкий хладагент поступает в камеры 9 по трубопроводу 21 с электромагнитным клапаном 22. Для конт 1597506 роля заправки камер 9 хладагентом в одной строго осевое направление с нулевым углом из них установлен уровнемер 23, а сами атаки по отношению к контейнерам 3, чем камеры 9 соединены между собой теплоизодостигается симметричность отвода тепла лированным трубопроводом 24. Для контроот контейнеров. Кроме того, направляющие ля выполняемого режима в одном из 5 пластины 14 позволяют получить безотрывконтейнеров 3 установлен термометр 25. ный вход потока в центральный газоход и осуществить предварительное выравниваПредположим, что объект помещен в ние расхода по сечению. Дальнейшее выконтейнеры толщиной 2п « 10 мм. Миниравнивание расхода сглаживающей сеткой мальная скорость потока W = 10 м/с, кинематическая вязкость газообразного азота 10 15 позволяет получить перед контейнерами 3 равномерное поле скоростей, чем обеспе(воздуха при t = 0°С) v = 13,45 • Ю"6 м2/с, чивается идентичность охлаждения отделькритическое число Рейнольдса для тонкого ных контейнеров. Формирование профиля с углом схода потока, равным 0, турбулентного пограничного слоя на турбуReKp*= 420. Из приведенных соотношений получаем L = 7,9 -10 2 м = 79 мм. R - 15 лизирующих элементах 16 и дополнительная турбулизация его в зазорах 17 =626,6 мм. При этом величина турбулизирупозволяют обеспечить равномерный теплоющего зазора лежит в пределах 0.7 - 1,2 мм. отвод от поверхности контейнера 3. При Устройство работает следующим обраэтом рабочая полость в верхней части конзом. тейнера, не заполненная биообъектом, тепПосле заправки камер 9 хладагентом до 20 лоизолирует верхний торец контейнера 3. заданного уровня, контролируемого уровНатекание охлаждающего потока на коннемером 23, включается центробежный тейнеры снизу, что обусловлено расположевентилятор 13. Создаваемый последним нием центробежного вентилятора в циркулирующий поток газообразного хлаверхнем канале, при наличии указанной подагента проходит через верхний клапан 5, 25 лости в контейнере исключает более быстгазоходы 4 и камеры 9, где омывает теплорое охлаждение верхних слоез объекта, чем обменные поверхности 10 и охлаждается, остальной его части, а следовательно, не испаряя жидкий хладагент. Испарившийся допускает образования ледяной пробки. хладагент через отверстия 18 поступает в Благодаря совместному действию указанбоковые газоходы 4, где смешивается с цир- 30 ных факторов достигается равномерность кулирующим газовым потоком, дополниохлаждения биологических объектов в контельно охлаждая его. Охлажденный поток тейнерах, вследствие чего повышается точпоступает в центральный газоход 2 через ность реализации заданного режима нижние каналы 6 и направляющие пластины охлаждения, что ведет к повышению со14, которые придают потоку осевое направле- 35 хранности замороженного объекта. ние и осуществляют предварительное выравнивание поля скоростей потока по сечению газохода. Окончательное сглаживание поля Формула изобретения скоростей осуществляется путем пропускаУстройство для замораживания биолония потока через сетку 15. Затем поток посту- 40 гических объектов, содержащее теплоизопает на турбулизирующие элементы 16, где лированный корпус центральный и боковые происходят формирование, развитие и турбугазоходы, соединенные верхними и нижнилизация пограничного слоя Дополнительной ми каналами, контейнеры для биообъектов, турбулизации пограничного слоя способствуразмещаемые вертикально в центральном ет зазор 17. Охлаждающий поток с уже сфор- 45 газоходе с образованием зазоров для промированным развитым турбулентным хода охлаждающего газа камеры для хладапограничным слоем обтекает контейнеры 3 с гента, установленные вокруг боковых биообъектом, равномерно охлаждая их, а загазоходов и сообщенные в верхней части с тем поступает к вентилятору 13, замыкая конполостью последних через отверстия, вытур циркуляции. Излишки отработанных 50 полненные в стенках газоходов, центробежпаров хладагента, имеющих температуру, ный вентилятор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, близкую к температуре циркулирующего почто, с целью повышения сохранности биотока, через отверстия 19 выпускаются в пообъектов при замораживании, устройство лость корпуса 1, создавая теплоизолирующую снабжено олоками направляющих пластин, рубашку, а затем выбрасываются в атмосферу 55 установленных в зоне соединения центрального газохода с нижними каналами, Использование направляющих пластин расположенной над ними сеткой и турбулілпозволяет в случае встречного входа потозирующими элементами, расположенными ков в центральный газоход из нижних канапод каждым контейнером с образованием лов придать потоку в центральном газоходезазора для дополнительной турбулизации 1597506 потока, при этом вентилятор установлен в v • Яву *2 верхнем канале над центральным газохоR = 3W ' " 2h дом, направляющие пластины выполнены где L - длина турбулизируюшего элемента, изогнутыми и установлены так, что один коR - радиус кривизны; нец каждой пластины ориентирован вдоль h - расстояние от оси контейнера до оси нижнего канала, а другой - вдоль оси наружной поверхности его стенки; центрального газохода* а турбулизирующие v - кинематическая вязкость газообразэлементы имеют в сечении форму клина с ного хладагента; выпуклыми криволинейными стенками и наW-скорость газообразного хладагента; правлены острым концом к сетке, причем 10 ReKp* - критическое число Рейнольдса, длину и радиус кривизны этих элементов соответствующее переходу пограничного определяют по формулам слоя из ламинарного в турбулентный. Редактор О.Юрковецкзя Составитель И,Шебалина Техред М.Моргентал Корректор М.Самборская Заказ 3038 Тираж 447 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород, ул Гагарина, 101