Dispositivo para medir el nivel de un fluido criogénico contenido en un recipiente.

Dispositivo para medir el nivel de un fluido criogénico contenido en un recipiente,

que está constituido por un vástago (1) que dispone de medios de medición (2) y lleva fijado en uno de sus extremos una plataforma palpadora (3), indicadora del contacto o apoyo de dicha plataforma sobre la superficie del fluido criogénico.

DISPOSITIVO PARA MEDIR EL NIVEL DE UN FLUIDO CRIOGÉNICO CONTENIDO EN

UN RECIPIENTE

CAMPO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a un dispositivo para medir el nivel de un fluido criogénico contenido en un recipiente, que permite llevar a cabo dicha medida de un modo rápido y sencillo.

El dispositivo de la invención es aplicable en los sectores o actividades relacionadas con el almacenamiento y uso de fluidos criogénicos (criogenia, criobiología, crioelectrónica, etc).

ESTADO DE LA TÉCNICA.

El uso de nitrógeno líquido y otros fluidos criogénicos se ha hecho habitual para conservar distintos tipos de materiales biológicos. Generalmente, estos materiales se almacenan en contenedores que se mantienen llenos del fluido criogénico o de sus vapores, de manera que el material almacenado se encuentre continuamente por debajo de cierta temperatura. Estos 15 contenedores criogénicos están conectados a la atmósfera, con lo que el fluido criogénico hierve lentamente, manteniendo las muestras a la temperatura de ebullición del fluido particular. En el caso particular del nitrógeno líquido, el fluido criogénico más utilizado para estos propósitos, el punto de ebullición es de 77,36 K (-195,79 °C). Esta temperatura puede variar dependiendo de diversas circunstancias, tal como la pureza del nitrógeno líquido, pero 20 en general se puede asegurar que las muestras sumergidas en nitrógeno líquido a presión atmosférica se mantienen a una temperatura al menos de 77 K (-95 °C). Si el material se almacena en los vapores de nitrógeno líquido (dentro del contenedor criogénico), generalmente se busca que el material se mantenga a una temperatura inferior a -150 °C.

Existen una gran variedad de contenedores criogénicos no solo para almacenar material 25 criopreservado, sino también para el almacenamiento de cantidades relativamente reducidas de fluido criogénico a presión atmosférica (menos de 60 L). Estos contenedores de almacenamiento se utilizan para almacenar temporalmente el fluido criogénico con el fin de rellenar los contenedores criogénicos con material biológico cuando no existe un sistema centralizado con este fin, o para disponer del fluido para otros fines.

La estructura de los contenedores criogénicos que almacenan el material biológico en nitrógeno líquido, o utilizados como sistemas de almacenamiento portátiles de nitrógeno líquido, sigue las líneas del vaso Dewar. En general, se componen de un cuerpo cilindrico provisto de una pared doble con alto vacío en su interior, consiguiendo un alto aislamiento térmico. En el interior de este cuerpo se almacena el material criopreservado, contándose con una gran variedad de sistemas de crioalmacenamiento y clasificación, dependiendo del tipo de material a conservar. En los contenedores de tamaño pequeño o mediano, la cavidad contenedora continua hacia arriba en un estrechamiento o cuello, el cual pone en comunicación el cuerpo principal con el exterior. El nitrógeno líquido no ocupa este cuello, el cual suele estar ocupado en su mayor parte por un sistema de cierre que aísla térmicamente el interior del contenedor. Estos contenedores pueden tener una capacidad desde solo 1 L (para el almacenamiento breve del fluido criogénico) hasta más de 150 L, con un diámetro de cuello de 50 mm a 150 mm. Los sistemas de clasificación que contienen el material biológico suelen terminar en un soporte que se sujeta al exterior del cuello de diversas maneras, permitiendo su extracción. Ejemplos de este tipo de contenedores pueden encontrarse en las patentes US3108840, US3207354, US3707079, US5906101, EP0026691B1, US5906101. Existen contenedores de mayor tamaño (de 100 L a 1000 L), que suelen contar con un suministro automático de nitrógeno líquido. Estos contenedores no cuentan con un cuello como el descrito para los tanques menores, siendo la apertura al exterior más amplia, permitiendo el acceso a todo el contenido del tanque o a una gran parte del sistema de almacenamiento. En este último caso, los contenedores suelen contar con sistemas mecánicos (manuales o electrónicos) para manipular el sistema de clasificación del material almacenado, situando bajo la abertura del contenedor aquellos componentes del sistema de clasificación que se desea extraer. Ejemplos de este tipo de contenedores y sistemas de clasificación pueden encontrarse en las patentes US7540168, US5964095 y US3782133.

Las aplicaciones de los fluidos criogénicos no se limitan al almacenamiento de material biológico (criobiología), sino también a campos técnicos muy diversos: criocirugía, crioelectrónica, criónica, criotónica, etc. En todos estos campos se pueden utilizar sistemas de almacenamiento de líquidos criogénicos similares a los descritos anteriormente.

Los contenedores criogénicos tienen una pérdida constante de fluido criogénico en forma de gas (que se descarga a la atmósfera), ya que este fluido criogénico está permanentemente en ebullición. Por ejemplo, un contenedor criogénico típico de 60 L puede llegar a perder 1 L de nitrógeno líquido al día en condiciones normales de operación, e incluso más en caso de

que el contenedor se abra frecuentemente para inspección, para depositar o para extraer material criopreservado. Además, un contenedor criogénico puede dañarse debido al uso o accidentes, con lo cual su aislamiento puede reducirse y la pérdida de nitrógeno líquido por evaporación puede incrementarse dramáticamente. Por ello, es necesario medir el nivel de nitrógeno líquido con una frecuencia que varía de semanal a diaria.

Existen numerosos dispositivos que permiten medir el nivel de líquido en los contenedores criogénicos. Muchos son permanentes, instalándose en el contenedor y dando una lectura continua del nivel o, más frecuentemente, sirviendo como sistema de alarma si el nivel es demasiado bajo. En contenedores grandes, frecuentemente tales dispositivos están incorporados en el propio diseño y acoplados a un sistema de llenado automático. En caso de que el nivel de líquido baje de un mínimo, el sistema de llenado se activa, deteniéndose cuando el nivel llega a un máximo. En general, estos dispositivos son electrónicos (con detectores de nivel de tipo capacitivo, por ejemplo), y dependen del suministro eléctrico o de una batería para su funcionamiento, y pueden estar incluso conectados a un sistema de vigilancia que gestiona los niveles, alarmas y frecuencia de llenado de los tanques. Ejemplos de este tipo de sistemas se pueden encontrar en las patentes EP0530102B1, EP1087193A1, US7966878. Hay sistemas mecánicos, basados en un elemento flotador que hace subir o bajar un indicador de nivel exterior, pero estos dispositivos suelen estar limitados a contenedores portátiles presurizados de reserva de fluido criogénico, ya que una instalación permanente de este tipo en un contenedor abierto a la atmósfera supondría desventajas, como un incremento notable en el ritmo de evaporación. Un ejemplo de tal dispositivo, diseñado para contenedores presurizados, está descrito en la patente US5479820.

El problema de los dispositivos permanentes para el control del nivel del fluido criogénico es el coste de compra, instalación y mantenimiento. Por ello, a menudo se recurre a una simple vara de un material resistente a los cambios bruscos de temperatura (madera, metal o algunos tipos de plástico), que se introduce en el contenedor hasta contactar con su fondo. Tras esperar algunos segundos, se retira la vara y se espera a que se forme escarcha en la zona que ha quedado bajo el nivel del fluido criogénico. Se forma una línea en forma de menisco aproximadamente en la zona de la interfase líquido-gas, de manera que se puede medir la distancia entre el extremo inferior de la vara y el menisco, determinando la altura del líquido en el interior del contenedor. En la patente US4214368 se describe un dispositivo para realizar más eficientemente esta medida, consistente en una lámina larga y estrecha de poliestireno de alto impacto (HIPS) de color negro, con marcas en centímetros y medios

centímetros. En ese documento se describen las desventajas del uso de varas ad hoc, tales como el de poseer una masa excesiva en el caso de varas de madera (resultante en una gran cantidad de calor latente a transferir al fluido criogénico), la falta de marcas de medida incorporadas a la vara (haciendo preciso el uso de una regla de medida), la alta conductividad térmica de las varas construidas con aluminio, o la imprecisión en la formación del menisco (y, por tanto, de la medida del nivel). El dispositivo y método que se describe en esa patente están ampliamente difundidos hoy en día y se utilizan rutinariamente para la medida del nivel de contenedores criogénicos abiertos a la atmósfera y...

1.- Dispositivo para medir el nivel de un fluido criogénico contenido en un recipiente, caracterizado por que está constituido por un vástago que dispone de medios de medición y lleva fijado en uno de sus extremos una plataforma palpadora, indicadora del contacto o apoyo de dicha plataforma sobre la superficie del fluido criogénico.

2.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que la plataforma adopta forma de disco perpendicular al eje mayor del vástago.

3.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que los medios de medición consisten en al menos una escala dispuesta a lo largo de dicho vástago.

4.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que la plataforma está constituida por un cuerpo de menor densidad que el fluido criogénico y tiene una capacidad de flotación suficiente para soportar el peso del vástago, en situación de flotación en el fluido criogénico.

5.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago es de longitud superior a la profundidad del recipiente contenedor del fluido criogénico.

6.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago es de estructura maciza.

7.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago es de estructura hueca.

8.- Dispositivo según reivindicaciones 1 y 7, caracterizado por que el vástago y plataforma palpadora van unidos entre sí de forma estanca.

9.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago es portador, en el extremo opuesto al ocupado por la plataforma palpadora, de medios de sujeción.

10.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago es portador de medios de apoyo sobre el borde de la boca del recipiente contenedor, cuyos medios son desplazables a lo largo de dicho vástago.

11.- Dispositivo según reivindicación 1, caracterizado por que el vástago y plataforma palpadora están constituidos a base de material de baja conductividad térmica y bajo calor especifico,

12.- Dispositivo según reivindicación 11, caracterizado por que el vástago y plataforma están recubiertos de una capa de material térmicamente aislante.

13.- Dispositivo según reivindicación 3, caracterizado por que la escala o escalas van grabados a lo largo de la superficie lateral del vástago.

14.- Dispositivo según reivindicación 3, caracterizado por que la escala o escalas van grabados en regletas fijables sobre la superficie del vástago.

15.- Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de medición 5 consisten en un dispositivo mecánico de medida que va acoplado sobre el vástago y es

capaz de detectar y transformar desplazamientos de dicho vástago en una cifra legible, indicativa del nivel del fluido criogénico.

16.- Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que los medios de medición lo consisten en un dispositivo electrónico de medida que va acoplado sobre el vástago y es

capaz de detectar y transformar el desplazamiento de dicho vástago en una cifra legible, indicativa del nivel del fluido criogénico.