超低溫冰箱的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)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(jiàn)的-60度低溫冰箱可適用金槍魚(yú)的保存、電子器件、特殊材料的低溫試驗(yàn)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(gè)承物層，每層均設(shè)計(jì)有可獨(dú)立開(kāi)關(guān)的內(nèi)門(mén)。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(gòu)成。自動(dòng)調(diào)溫器為鉑電阻敏感器，用于對(duì)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(dá)到環(huán)保要求。
超低溫冰箱的制冷系統(tǒng)基本采用復(fù)疊式制冷的工作原理，選用兩臺(tái)全封閉壓縮機(jī)作為高、低溫級(jí)壓縮機(jī)使用。低溫級(jí)蒸發(fā)器的紫銅管以盤(pán)管形式直接盤(pán)附于內(nèi)箱體外側(cè)，并用導(dǎo)熱膠泥填堵于盤(pán)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(jié)構(gòu)，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(jí)系統(tǒng)中還加配有氣熱交換器，可使從蒸發(fā)器出來(lái)的低壓氣體同進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器前的高壓氣體進(jìn)行熱交換，這樣不但減少了冷凝蒸發(fā)器的熱負(fù)荷，而且充分利用了熱量。過(guò)濾器多采用除蠟型過(guò)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(yùn)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(jī)在低壓狀態(tài)下正常工作。
接通電源時(shí)，當(dāng)面板顯示溫度比設(shè)定的溫度高時(shí)，第一級(jí)壓縮機(jī)首先啟動(dòng)，第一級(jí)制冷系統(tǒng)開(kāi)始工作，使得第二級(jí)制冷系統(tǒng)的冷凝器溫度下降，即第二級(jí)的制冷劑溫度下降，經(jīng)幾分鐘的延時(shí)后，第二級(jí)制冷系統(tǒng)也開(kāi)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(jí)制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器吸收，第一級(jí)冷凝器放出的熱量則散人空氣中。
當(dāng)冰箱內(nèi)部溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，感溫探頭電阻把信息傳出，控制繼電器失電斷開(kāi)，兩級(jí)制冷系統(tǒng)全部停止工作。當(dāng)冰箱內(nèi)溫度再次升高，超出設(shè)定的溫度時(shí)，冰箱再次重復(fù)上述運(yùn)作過(guò)程，從而使冰箱內(nèi)溫度始終保持在設(shè)定的溫度左右。
生物化學(xué)與分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室中可以根據(jù)冷凍條件購(gòu)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(jì)后期發(fā)展起來(lái)的用于生物樣品或藥品的低溫保存和儲(chǔ)藏的設(shè)備，在生物研究、臨床、醫(yī)藥和工業(yè)等領(lǐng)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(xì)胞、血小板、精液、移植的皮膚以及從人體抽取的標(biāo)本、植物種子的種質(zhì)庫(kù)、基因克隆庫(kù)和一些重要的生物和化學(xué)試劑等。
在分子克隆實(shí)驗(yàn)中，—70℃超低溫冰箱被廣泛用于儲(chǔ)存感受態(tài)大腸桿菌、感受態(tài)細(xì)胞和入噬菌體原種。
國(guó)外超低溫保存技術(shù)發(fā)展較早，產(chǎn)品也較成熟，其中尤以日本SANYO、美國(guó)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(shè)備運(yùn)行保證功能。例如，高溫警報(bào)功能，停電、過(guò)濾網(wǎng)堵塞檢測(cè)功能，自動(dòng)輸入補(bǔ)助功能，樣品安全性警報(bào)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(shí)，應(yīng)從最低制冷溫度、體積大小、外形特點(diǎn)(臥式或立式)、壓縮機(jī)噪音大小、震動(dòng)幅度、箱體內(nèi)的溫度均一性、故障率(尤其是壓縮機(jī))和選配件種類(lèi)等結(jié)合自己的使用要求和實(shí)驗(yàn)室的空間排布等情況進(jìn)行全面考慮。
未來(lái)主要關(guān)注超低溫冰箱的可靠性和能夠滿足不同樣品的儲(chǔ)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(duì)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(shè)計(jì)為孔形，解決散熱問(wèn)題，提高冷凍速度和增加溫度的一致性。
未來(lái)超低溫冰箱的設(shè)計(jì)還必須考慮節(jié)能和對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，要配有環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，納米材料也將成為未來(lái)超低溫冰箱制備中很有前途的材料。
