超低溫冰箱的結構、原理及應用分析
超低溫冰箱又稱超低溫保存箱、超低溫冰柜、超低溫保存箱等。比較常見的-60度低溫冰箱可適用金槍魚的保存、電子器件、特殊材料的低溫試驗及保存血漿、生物材料、疫苗、試劑等。還有-40度、-60度、-86度、-120度、-136度以及-160度、-192度的極度冷凍冰箱。
超低溫冰箱一般有臥式和立式兩種箱體。內(nèi)箱體一般分為多個承物層，每層均設計有可獨立開關的內(nèi)門。外箱體一般由五塊冷軋鋼板相互直接拼接而成。箱體內(nèi)外各有60mm和80mm的聚亞氨脂泡沫材料構成。自動調溫器為鉑電阻敏感器，用于對溫度的精確控制。制冷劑現(xiàn)在一般采用環(huán)保型制冷劑，以達到環(huán)保要求。
超低溫冰箱的制冷系統(tǒng)基本采用復疊式制冷的工作原理，選用兩臺全封閉壓縮機作為高、低溫級壓縮機使用。低溫級蒸發(fā)器的紫銅管以盤管形式直接盤附于內(nèi)箱體外側，并用導熱膠泥填堵于盤管與箱壁之間的縫隙中，以增加熱交換效果。冷凝蒸發(fā)器為殼管式結構，內(nèi)部為四管螺紋型紫銅管，采用逆流式熱交換方式。
低溫級系統(tǒng)中還加配有氣熱交換器，可使從蒸發(fā)器出來的低壓氣體同進入冷凝蒸發(fā)器前的高壓氣體進行熱交換，這樣不但減少了冷凝蒸發(fā)器的熱負荷，而且充分利用了熱量。過濾器多采用除蠟型過濾器，其目的是有效去除冷凍油中的石蠟，以降低系統(tǒng)“油堵”的可能性。
此外超低溫冰箱根據(jù)不同的使用用途還可以選配一些附件，例如，溫度記錄儀，便于永久記錄運行參數(shù);二氧化碳備用系統(tǒng)，用于特殊情況下，保證保存環(huán)境的氣體保持正常狀態(tài);電壓增壓器，可保證壓縮機在低壓狀態(tài)下正常工作。
接通電源時，當面板顯示溫度比設定的溫度高時，第一級壓縮機首先啟動，第一級制冷系統(tǒng)開始工作，使得第二級制冷系統(tǒng)的冷凝器溫度下降，即第二級的制冷劑溫度下降，經(jīng)幾分鐘的延時后，第二級制冷系統(tǒng)也開始工作，它的蒸發(fā)器在冰箱內(nèi)壁，這可使冰箱內(nèi)部溫度下降很多，它的冷凝器放出的熱量全部由第一級制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收，第一級冷凝器放出的熱量則散人空氣中。
當冰箱內(nèi)部溫度達到設定溫度后，感溫探頭電阻把信息傳出，控制繼電器失電斷開，兩級制冷系統(tǒng)全部停止工作。當冰箱內(nèi)溫度再次升高，超出設定的溫度時，冰箱再次重復上述運作過程，從而使冰箱內(nèi)溫度始終保持在設定的溫度左右。
生物化學與分子生物學實驗室中可以根據(jù)冷凍條件購置不同的控制溫度的冰箱，如-20℃、-40℃、-70℃、-85℃、-152℃等。其中后兩者為超低溫冰箱(ultra-lowtemperaturefreezer)，是20世紀后期發(fā)展起來的用于生物樣品或藥品的低溫保存和儲藏的設備，在生物研究、臨床、醫(yī)藥和工業(yè)等領域都具有廣泛的用途。
超低溫冰箱可用于保存藥物、疫苗、酶、激素、干細胞、血小板、精液、移植的皮膚以及從人體抽取的標本、植物種子的種質庫、基因克隆庫和一些重要的生物和化學試劑等。
在分子克隆實驗中，—70℃超低溫冰箱被廣泛用于儲存感受態(tài)大腸桿菌、感受態(tài)細胞和入噬菌體原種。
國外超低溫保存技術發(fā)展較早，產(chǎn)品也較成熟，其中尤以日本SANYO、美國FORMA、NUAIRE、REVCO等的—85℃超低溫冰箱為代表。這些超低溫冰箱一般都具有比較齊全的設備運行保證功能。例如，高溫警報功能，停電、過濾網(wǎng)堵塞檢測功能，自動輸入補助功能，樣品安全性警報系統(tǒng)，微處理和模擬控制系統(tǒng)，二氧化碳備用系統(tǒng)和記錄儀系統(tǒng)等。
一般考察超低溫冰箱的性能時，應從最低制冷溫度、體積大小、外形特點(臥式或立式)、壓縮機噪音大小、震動幅度、箱體內(nèi)的溫度均一性、故障率(尤其是壓縮機)和選配件種類等結合自己的使用要求和實驗室的空間排布等情況進行全面考慮。
未來主要關注超低溫冰箱的可靠性和能夠滿足不同樣品的儲存條件，包括溫度和氣體組成。此外，有些公司為了滿足生物材料對溫度均一性的較高要求，在冰箱貨架中采用了用于冷卻的金屬圈，或者將貨架設計為孔形，解決散熱問題，提高冷凍速度和增加溫度的一致性。
未來超低溫冰箱的設計還必須考慮節(jié)能和對環(huán)境保護的要求，要配有環(huán)境檢測系統(tǒng)。同時，納米材料也將成為未來超低溫冰箱制備中很有前途的材料。
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