CC BY
14
Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. № 26, 2012.
■А-
УДК 681.382
Ахмедов М.Э., Базаев А.Р., Магомедов Д.А., Митаров Р.Г.
КОНСТРУКЦИИ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ КРАТКОСРОЧНОГО ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ
Ahmedov M.E., Bazaev A.R., Magomedov D.A., Mitarov R G.
THE DESIGN OF THERMOELECTRIC DEVICES FOR SHORT-TERM STORAGE AND TRANSPORTATION OF BIOLOGICAL MATERIALS AT LOW TEMPERATURES
В статье рассмотрены конструкции термоэлектрических устройств для краткосрочного хранения и транспортировки биологических субстанций. Рассмотрены две модификации приборов, отличающиеся высокой эффективностью, надежностью, точностью поддержания температуры, а также экологичностью.
Ключевые слова: термоэлектрическое устройство, биологический материал, конструкция, термоэлектрическая батарея.
The article discusses the design of thermoelectric devices for short-term storage and transportation of biological substances. The two modification of instruments, with high efficiency, reliability, precision of temperature maintenance, as well as environmental friendliness.
Key words: thermo-electric device, biological material, construction, thermo-electric battery.
Для хранения и перевозки различного рода биологических субстанций требуется снижение их температуры. Как правило, для краткосрочного хранения биологических материалов не требуется заморозка последних до криотемператур. Требуемый температурный уровень хранения находится в диапазоне -10 до -40 °С. В этих условиях целесообразным является использование в качестве исполнительного элемента, посредством которого производится охлаждение биоматериала, термоэлектрических охлаждающих устройств, обладающих высокой надежностью, малыми габаритными размерами, экологичностью и высоким ресурсом работы. В лаборатории полупроводниковых термоэлектрических приборов и устройств ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет» разработан термоэлектрический термостат данного типа [1].
Целью разработки является обеспечение возможности хранения и транспортировки одновременно нескольких биологических субстанций с различными температурами хранения.
Прибор для хранения и перевозки биологического материала содержит теплоизолированный корпус 1 с крышкой 2 (рисунок 1). Внутри корпуса 1 находится изолированная от окружающей среды камера 3, разделенная на теплоизолированные друг от друга отсеки, сопряженные с каскадами термоэлектрической батареи (ТЭБ) 4. Отсеки камеры 3 в зависимости от требуемого температурного уровня приводятся в тепловой контакт с различными каскадами ТЭБ, которая обеспечивает возможность хранения и транспортировки одновременно нескольких биологических субстанций с различными температурами хранения. В стационарных условиях отвод теплоты от горячих спаев ТЭБ осуществляется съемным жидкостным теплообменным аппаратом 5, располагаемым в нижней части корпуса 1 термостата. Во время транспортировки жидкостной теплообменный аппарат 5 заменяется наполненным радиатором с плавившимся рабочим веществом 6. В корпус 1 термостата вмонтирован съемный аккумуляторный источник постоянного электрического тока.
■А-
Такая конструкция обеспечивает возможность хранения и транспортировки одновременно нескольких биологических субстанций с различными температурами хранения.
Процесс хранения и перевозки биологических материалов в термостате осуществляется следующим образом.
Рисунок 1. Структурная схема термоэлектрического термостата для хранения и перевозки биоматериалов
После помещения биологических материалов в соответствующие отсеки камеры 3 в корпусе 1 термостата и их теплоизоляции от окружающей среды путем закрытия крышки 2 на ТЭБ 4 подается питание от источника постоянного тока. При транспортировке биологического материала питание на ТЭБ поступает от встроенного в корпус 1 термостата съемного аккумулятора источника постоянного тока, а при работе термостата в стационарных условиях электрический ток поступает на ТЭБ от отдельного от него источника электрической энергии. При подаче на ТЭБ 4 постоянного электрического тока соответствующей полярности спаи ТЭБ 4, приведенные в тепловой контакт с отсеками камеры 3, охлаждаются. Соответственно охлаждается и находящийся в отсеках камеры биологический материал. При этом биологический материал, находящийся в отсеке камеры, сопряженной с последним (наиболее холодным) каскадом ТЭБ 4, охлаждается сильнее всего, биологический материал, находящийся в отсеке камеры контактирующей с предпоследним каскадом ТЭБ 4, охлаждается менее сильно и т.д. Биоматериал в отсеке камеры, приведенной в контакт с первым каскадом ТЭБ 4 имеет наибольшую температуру. Необходимая температура в каждой отсеке камеры, требуемая для хранения конкретного типа биологического материала, может быть создана путем подбора тока питания, геометрических размеров и количества термоэлементов в ТЭБ.
Для повышения эффективности работы термостата разработан его модифицированный вариант, предусматривающий использование для отвода теплоты с горячих спаев ТЭБ компрессионной машины.
■А-
Целью разработки является улучшение технико-экономических показателей термоэлектрического термостата и повышение точности стабилизации температуры при хранении и транспортировке биологических субстанций.
Поставленная цель достигается за счет того, что в устройстве (рис. 2) содержится компрессионная холодильная установка 1, в которой размещены съемные термоконтейнеры 2, 3. Термоконтейнер 2 представляет собой камеру, корпус которой изготовлен из специального полипропилена. Корпус снабжен крышкой 4, ручкой 5, датчиком температуры 6, двухкас-кадной ТЭБ 7, основание камеры выполнено из медной пластины, снабженной контактным разъемом.
Термоконтейнер 3 представляет собой камеру, корпус которой изготовлен из специального полипропилена. Корпус снабжен крышкой 8, ручкой 9, датчиком температуры 10, одно-каскадной ТЭБ 11, основание камеры выполнено из медной пластины снабженной контактным разъемом.
На рисунке 3 изображен футляр для транспортировки термоконтейнеров 2, 3. Футляр состоит из теплоизолированного корпуса 12, снабженного крышкой 13. В корпусе 12 установлены тепловые трубы 14, испарительные зоны которых расположены в основании футляра, а конденсационные зоны выведены на боковую стенку футляра. В корпусе 12 размещены разъемы сети 220 В и 12 В, аккумулятор постоянного тока, индикаторы состояния зарядки аккумулятора, блок управления температурным режимом.
Процесс хранения и перевозки биологических субстанций в термостате осуществляется следующим образом.
После помещения биологических субстанции в соответствующие термоконтейнеры 2, 3 их размещают в рабочую камеру компрессионной холодильной установки 1, устанавливается соответствующая температура для хранения биологических субстанции, при этом двухкас-кадная ТЭБ 7 и однокаскадная ТЭБ 11 работают в режиме максимального холодильного коэффициента. Тепло с горячих спаев ТЭБ отводится испарителем компрессионной машины. Для транспортировки биологических субстанций термоконтейнеры 2, 3 помещают в специальный теплоизолированный футляр 12, при этом ТЭБ работают в режиме максимальной хо-лодопроизводительности. Питание ТЭБ 7 и 11 осуществляется от встроенного в корпус 12 съемного аккумулятора постоянного тока, съем тепла с горячих спаев ТЭБ осуществляется тепловыми трубками.
Конструкция термоэлектрического устройства проста в использовании, надёжна и может использоваться как для хранения биологических субстанций в стационарных условиях, так и для их транспортировки.
Рисунок 2. Конструкция модифицированного варианта термоэлектрического термостата для хранения и
перевозки биоматериалов
13
12
14
Рисунок 3. Конструкция футляра для транспортировки термоконтейнеров Библиографический список:
1. Патент РФ на изобретение №2416769. Термоэлектрический термостат для хранения и перевозки биоматериалов // Исмаилов Т.А., Миспахов И.Ш., Евдулов О.В., Юсуфов Ш.А., БИ №11 от 20.04.2011.
