Термоконтейнер

Устройство может быть применено в аппаратах, предназначенных для высокоточного поддержания температуры в процессе транспортировки медико-биологических продуктов. Устройство содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры. При этом в состав его введены размещенные вне объема рабочей камеры хладо - или теплоэлементы, вентиляторы и воздуховоды, хладо - или теплоэлементы подключены к радиаторам. Вентиляторы и радиаторы размещены в воздуховодах, входы и выходы воздуховодов выполнены сообщающимися с объемом рабочей камеры, электрический вход каждого вентилятора соединен с первой линией источника электропитания, электрический выход вентилятора соединен с силовым входом блока регулирования, а силовой выход блока регулирования соединен со второй линией источника электропитания. В состав устройства могут быть введены поворотные заслонки, установленные в воздуховодах на участках входа воздушного потока в рабочую камеру и участках выхода потока воздуха из камеры с возможностью обеспечения открытого состояния воздушного тракта при работе вентиляторов и закрытого состояния при отключении вентиляторов от электропитания. Конструкция устройства позволяет обеспечить снижение уровня энергопотребления. 1 з.п. ф-лы, 3 илл.

Полезная модель относится к области охлаждающих и нагревающих аппаратов, преимущественно, к области термоконтейнеров, предназначенных для высокоточного поддержания температуры в процессе транспортирования и ручных переносок предварительно охлажденных или нагретых медико-биологических продуктов, критериальные биологические показатели которых зависят от температуры.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному устройству относится термоконтейнер, содержащий корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры (см. патент Российской Федерации №2005965 С1, Кл. F25В 21/02, 15.01.1994).

Недостаток известного устройства, принятого за прототип, состоит в высоком уровне энергопотребления при обеспечении процесса поддержания температуры на заданном уровне в рабочей камере.

Этот недостаток обусловлен тем, что для поддержания заданного режима термостатирования в известном устройстве в качестве тепловоздействующих элементов применяются полупроводниковые термомодули, реализующие эффект Пельтье, имеющие низкий коэффициент преобразования электрической мощности в холодильную. Так, при поддержании в рабочей камере режима термостатирования на уровне, меньшем внешней температуры на (25÷30)°С, коэффициент преобразования электрической мощности, подводимой к термомодулям, в холодильную мощность не превышает 10%, поэтому необходимое значение электрической мощности при объемах рабочей камеры ˜100 дм³ составляет (150-200) Вт. В связи с этим применение известного устройства для временного хранения медико-биологических термочувствительных материалов в процессе транспортировки или при ручных переносках сопряжено с необходимостью использования достаточно мощных источников электропитания, что в ряде случаев является весьма проблематичным.

Задачей полезной модели является снижение уровня энергопотребления при обеспечении в рабочей камере процесса термостатирования на заданном уровне.

Указанный технический результат достигается за счет того, что термоконтейнер содержит корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры. При этом в состав его введены размещенные вне объема рабочей камеры хладо- или теплоэлементы, вентиляторы и воздуховоды, причем хладо- или теплоэлементы подключены к радиаторам, вентиляторы и радиаторы размещены в воздуховодах, входы и выходы воздуховодов выполнены сообщающимися с объемом рабочей камеры, электрический вход каждого вентилятора соединен с первой линией источника электропитания, электрический выход вентилятора соединен с силовым входом блока регулирования, а силовой выход блока регулирования соединен со второй линией источника электропитания.

Кроме того в состав термоконтейнера могут быть введены поворотные заслонки, которые установлены в воздуховодах на участках входа воздушного потока в рабочую камеру и участках выхода потока воздуха из камеры с возможностью обеспечения открытого состояния воздушного тракта при работе вентиляторов и закрытого состояния при отключении вентиляторов от электропитания.

Сущность полезной модели поясняется графическим материалом.

На фиг.1 схематично представлен в разрезе предложенный термоконтейнер, на фиг.2 - внешний вид термоконтейнера, а на фиг.3 - его электрическая блок-схема.

Предложенный термоконтейнер содержит (фиг.1) корпус 1 с крышкой 2, рабочую камеру 3, отделенную от корпуса слоями теплоизоляции 4. Между корпусом 1 и крышкой 2 размещен резиновый уплотнитель 5.

Вне объема рабочей камеры 3, в частном случае, в крышке 2 термоконтейнера установлены вентиляторы 6, радиаторы 7, между основаниями которых размещены хладо- или теплоэлементы 8. В крышке 2 выполнены воздуховоды 9, сообщающиеся с объемом рабочей камеры 3 входом 10 и выходом 11, в которых размещен блок радиаторов 7 с хладо-теплоэлементами 8, вентиляторы 6, заслонки 12, установленные с возможностью перекрытия воздушного тракта при остановке вентиляторов 6 и открывании тракта при их работе.

На приборной панели 13, в верхней части крышки 2 установлен тумблер 14 для подключения (или отключения) блока регулирования температуры 15 и вентиляторов 6 к электропитанию, а конкретно, к электрическим аккумуляторам или батареям 16, индикатор температуры 17.

На наружной стороне крышки 2 (фиг.2) установлена заглушка 18 с ручкой 19, закрывающая люк (на черт. не показан), через который производится замена отработанных хладо- или теплоэлементов 8. Фиксация заглушки 18 на крышке 2 производится посредством фиксирующих элементов 20, взаимодействующих между собой, например, болтов с гайками.

Размещение совокупности вышеперечисленных элементов предложенного термоконтейнера в крышке 2 не является его обязательным техническим признаком; подобное конструктивное исполнение может быть выполнено в нижней части термоконтейнера, сбоку (на черт. не показано), но обязательно, вне объема рабочей камеры 3.

В состав электрической схемы термоконтейнера (фиг.3) входят источник электропитания 16, в частном случае, в виде батареи последовательно или параллельно соединенных между собой электрических элементов или аккумуляторов, с первой линией которого соединен вход, по меньшей мере, одного вентилятора 6, выходом соединенного с силовым входом блока регулирования температуры 15, силовой выход которого соединен со второй линией источника электропитания 16 с первым управляющим входом соединен выход задатчика температуры 21, а со вторым управляющим входом соединен выход датчика температуры 22, размещенного в объеме рабочей камеры 3.

Предложенный термоконтейнер работает следующим образом.

Приводят фиксирующие элементы 20 в открытое состояние, например, выкручивают либо болты из гаек, установленных на крышке 2, либо гайки из болтов.

В зависимости от требуемого режима термостатирования, который при эксплуатации должен быть реализован в рабочей камере 3 термоконтейнера, размещают в кассете (на черт. не показана) либо предварительно замороженные хладоэлементы 8, рабочее вещество в которых, имеющее температуру фазового перехода ниже заданного режима термостатирования, находится в твердом состоянии, либо теплоэлементы 8, рабочее вещество в которых, имеющее температуру фазового перехода выше заданного режима термостатирования, находится в жидком состоянии.

Посредством ручки 19 снимают заглушку 18 с наружной стороны крышки 2 и открывают проход в люк.

Через люк вводят кассету с хладо- или теплоэлементами 8 в зазор между основаниями радиаторов 7.

Устанавливают заглушку люка 18 на крышке 2, фиксируя ее посредством элементов 20.

Рассмотрим, для определенности, режим термостатирования на уровне, ниже температуры внешней среды, например, при t _cm=+4°C.

В этом случае используются хладоэлементы 8 с рабочим веществом, находящимся в твердом («замороженном») состоянии и имеющим температуру фазового перехода от 0°С и ниже.

Переводя тумблер 14 в положение «вкл», подключают к источнику электропитания 16 блок регулирования температуры 15 и вентиляторы 6.

Устанавливают посредством задатчика 21 значение опорного сигнала, подаваемого на первый управляющий вход блока регулирования температуры 15, соответствующее реализации в рабочей камере заданного режима термостатирования, например, +4°С. Режим термостатирования t_cm=+4°C, в частности, определен рядом нормативных документов как оптимальная температура для хранения некоторых компонентов донорской крови, лекарственных и иммунобиологических препаратов.

После выполнения операций по уставке заданного режима термостатирования силовой вход и выход блока регулирования 15 окажутся в замкнутом состоянии. Это обусловлено тем, что начальная температура рабочей камеры 3, равная температуре внешней среды, выше чем t _cm.

Благодаря замыканию входа и выхода блока 15, вентиляторы 6, оказываясь подключенными ко второй линии источника питания 16, начинают работать, создавая поток воздуха, который, проходя через радиаторы 7, охлаждается, далее поступает через выходное отверстие 11 в объем рабочей камеры 3, обуславливая его охлаждение. При этом происходит нагрев потока воздуха, который отсасывается вентиляторами 6 из объема рабочей камеры 3 через входное отверстие 10, далее вновь проходит через радиаторы 7 и охлаждается.

При работе вентиляторов 6 заслонки 12 находятся в положении, обеспечивающем открытое состояние всего воздушного тракта.

Тепло, отводимое от потока воздуха радиаторами 7, обуславливает либо плавление рабочего вещества в хладоэлементах 8 (если температура последних, повышаясь, достигла температуры фазового перехода), либо повышение температуры предварительно замороженных хладоэлементов 8.

Когда температура в рабочей камере 3 определяемая по сигналам датчика 22, достигает значения t_cm-t, где t - заданная точность стабилизации, электрические вход и выход блока регулирования 15 переходят в разомкнутое состояние. Вследствие этого вентиляторы 6, отключаясь от второй линии источника электропитания 16, останавливаются, заслонки 12 переходят в положение, при котором перекрываются участки воздушного тракта на входе в рабочую камеру 3 и выходе из нее. Циркуляция воздуха в рабочей камере 3 прекращается.

Так как выбранный режим термостатирования ниже температуры наружного воздуха t_cm<t _вн, то вследствие теплопритоков извне температуры t _k в рабочей камере 3, определяемая по сигналам датчика 22, начинает расти; при t_k=t _cm+t силовые электрические вход и выход блока регулирования 15 замыкаются между собой. Вентиляторы 6 вновь оказываются подключенными к обеим линиям источника электропитания 16, обуславливая появление потока воздуха через радиаторы 7, подключенные к хладоэлементам 8.

Так как при этом заслонки 12 переходят в положении, при котором оказываются открытыми участки тракта на входе 10 в рабочую камеру 3 и выходе 11 из нее, в рабочую камеру 3 начинает поступать поток холодного воздуха, обеспечивая снижение температуры как по всей камере 3, так и в зоне расположения датчика 22. При достижении температуры в рабочей камере 3, равной t _cm-t, блок регулирования отключает вентиляторы 6 от электропитания.

Информация о температуре в рабочей камере 3, определяемая по сигналам с датчика 22, отражается на индикаторе температуры 17.

В дальнейшем описанные выше циклы работы термоконтейнера периодически повторяются.

После того как температура t _k в рабочей камере 3 достигнет значения t _cm, в нее можно закладывать емкости с биологическим веществом, предварительно охлажденным до такой же температуры t _cm.

Вообще, не следует возлагать на термостаты любого типа, а не только на предложенный термостат-термоконтейнер, предназначенные для поддержания заданных режимов термостатирования при длительном хранении биологических веществ, функции по обеспечению нестационарных режимов охлаждения или перегрева с какими-либо временными характеристиками.

Функционирование термоконтейнера, рабочая камера которого заполнена емкостями 23 с охлажденным биологическим веществом, аналогично его функционированию при пустой камере.

Предельная длительность одного цикла функционирования термоконтейнера в штатном режиме определяется временем, в течение которого рабочее вещество в хладоэлементах 8 находится в твердом состоянии; когда рабочее вещество в хладоэлементах 8 полностью переходит из твердого состояния в жидкое, интенсивность охлаждения потока воздуха, продуваемого вентиляторами 6 через радиаторы 7, снижается, что обуславливает повышение температуры t_k выше t_cm+t.

Конструкция предложенного термоконтейнера позволяет производить его быструю перезарядку хладоэлементами 8.

Для этого следует:

- тумблером 14 отключить блок регулирования 15 и, соответственно, вентиляторы от источника электропитания 16;

- открыть фиксирующие элементы 20 и снять заглушку 19;

- вынуть кассету с отработанными хладоэлементами и вставить другую кассету с хладоэлементами 8, замороженными в другом устройстве;

- установить заглушку 19 на панели крышки 2, фиксируя ее элементами 20;

- перевести тумблер 14 в положение «вкл».

Описанные выше процессы начинают вновь повторяться.

Функционирование термоконтейнера при поддержании температурного режима t_cm, постоянно превышающего внешнюю температуру, имеет следующие отличия от вышеописанного:

- вместо хладоэлементов 8 используют теплоэлементы 8, рабочее вещество в которых имеет температуру отвердевания, заведомо превышающую t_cm;

- рабочее вещество в теплоэлементах 8 при закладке на кассете в зазор между радиаторами 7 находится в жидком фазовом состоянии;

- закрытое состояние блока регулирования 15 наступает при t_k=t _cm+t, а открытое - при t_k=t _cm-t;

- включение вентиляторов 6 происходит при понижении температуры в камере ниже значения t_cm-t, а выключение - при повышении температуры в камере выше t_cm+t.

Характерными техническими особенностями предложенного термоконтейнера являются:

- минимальный уровень энергопотребления в процессе хранения при пониженной или повышенной температуре термочувствительных материалов, определяемый энергопотреблением вентиляторов и блока регулирования. Средняя потребляемая мощность термоконтейнеров, не превышает 10 Вт, что позволяет применять его в транспортных средствах без какой-либо опасности нарушения энергоснабжения их основных узлов;

- высокая точность поддержания заданного режима термостатирования, не достижимая в обычных термоконтейнерах, в которых используются хладо-теплоэлементы;

- возможность быстрой замены отработанных хладо-, теплоэлементов без нарушения температурного режима хранения продуктов в его рабочей камере.

1. Термоконтейнер, содержащий корпус с дверью, теплоизолированную рабочую камеру, радиаторы, источник электропитания, блок регулирования температуры, с управляющими входами которого соединены выходы датчика температуры, размещенного в рабочей камере, и задатчика температуры, при этом в состав его введены размещенные вне объема рабочей камеры хладо- или теплоэлементы, вентиляторы и воздуховоды, причем хладо- или теплоэлементы подключены к радиаторам, вентиляторы и радиаторы размещены в воздуховодах, входы и выходы воздуховодов выполнены сообщающимися с объемом рабочей камеры, электрический вход каждого вентилятора соединен с первой линией источника электропитания, электрический выход вентилятора соединен с силовым входом блока регулирования, а силовой выход блока регулирования соединен со второй линией источника электропитания.

2. Термоконтейнер по п.1, отличающийся тем, что в его состав введены поворотные заслонки, которые установлены в воздуховодах на участках входа воздушного потока в рабочую камеру и участках выхода потока воздуха из камеры с возможностью обеспечения открытого состояния воздушного тракта при работе вентиляторов и закрытого состояния при отключении вентиляторов от электропитания.