CN106556198A - 采用室外散热方式的低温保藏*** - Google Patents

采用室外散热方式的低温保藏*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种采用室外散热方式的低温保藏***。该低温保藏***包括：设置于室内的N台冰箱，N≥1；设置于室外的室外散热器；以及设置于所述N台冰箱和室外散热器之间的外循环管路；其中，所述N台冰箱所产生的热量通过外循环管路中的工质传递到室外散热器，由该室外散热器将热量交换至室外环境。本发明中，冰箱不再向室内直接散热，而是将热量通过水循环排放至室外环境中，室内温度不会再因为超低温冰箱的运转而急剧升高。室内温度正常后，超低温冰箱可以长时间正常工作，从而保证生物样品的安全性，同时其散热效率就不会受到太大的影响。

Description

采用室外散热方式的低温保藏***
技术领域
本发明涉及低温保藏***，尤其涉及一种采用室外散热方式的低温保藏***。
背景技术
进入二十一世纪以来，随着现代生物技术的快速发展，分子遗传学取得了巨大的发展，国内外对于人类遗传资源的保护与开发研究势头强劲，生物样本库(Biobank)应运而生。生物样本库有多种类型，这些生物样本库为血液病、免疫***疾病、糖尿病、恶性肿瘤等重大疾病的研究起到了非常重要的推动作用。
不论哪种生物样本库，都是构筑于低温保藏***之上的，这些低温保藏***提供了样本长期储存的可能性。低温保藏***目前以超低温冰箱为主，如建立较早的英国生物样本库，采用了百台以上的超低温冰箱。
目前的生物样本库使用的超低温冰箱，其结构主要为复叠式二级制冷方式，散热是通过风机向所在室内直接排放热量。这种散热方式是按照单台或几台超低温冰箱独立使用的模式设计的，在超低温冰箱数量较少时，能够迅速向周围环境排出热量，保障制冷效果。
由于生物样本库的特点是样本数量规模巨大，这也是其价值所在，作为生物样本库的基本保存设备，目前的超低温冰箱就显示出了其应用上的局限性。在由十几台、几十台或者几百台超低温冰箱组成的生物样本库中，由于其直接向周围室内环境中排放热量，会导致空调***超负荷运转，室内环境温度急剧升高。当室温度超过35℃以上后，又会反过来造成超低温冰箱的散热效率下降，影响超低温冰箱的制冷性能，形成恶性循环。由于低温冰箱对环境温度要求较高，当环境(房间)温度无法满足冰箱散热需要时，就会造成冰箱制冷不良，对保存的重要的生物样本，药品、血浆等材料造成巨大损失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本发明提供了一种采用室外散热方式的低温保藏***，以提高超低温冰箱的散热效率。
(二)技术方案
本发明采用室外散热方式的低温保藏***包括：设置于室内的N台冰箱，N≥1；设置于室外的室外散热器；以及设置于所述N台冰箱和室外散热器之间的外循环管路；其中，所述N台冰箱所产生的热量通过外循环管路中的工质传递到室外散热器，由该室外散热器将热量交换至室外环境。
优选地，本发明低温保藏***中，所述冰箱还包括：高温级冷凝器与风冷散热器，其中，高温级冷凝器通过内循环管路连接至风冷散热器，制冷剂工质吸收热量后通过内循环管路流动至风冷散热器，冷却后的制冷剂工质通过内循环管路重新流回至高温级冷凝器；水冷换热器，该水冷换热器的吸热侧工质入口和吸热侧工质出口连接至所述内循环管路中；该水冷换热器的散热侧工质入口和散热侧工质出口连接至所述外循环管路中，其中，在该水冷换热器中，所述吸热侧工质入口接收高温级冷凝器的吸收热量后的制冷剂工质，冷却后的制冷剂工质通过吸热侧工质出口重新流回至高温级冷凝器中。
优选地，本发明低温保藏***中，所述内循环管路设置有流量控制阀。
优选地，本发明低温保藏***中，所述室外散热器的工质为水、酒精、R22，R134A或R410A。
优选地，本发明低温保藏***中，所述室外散热器为水冷散热器，其上部设置有热工质入口，其下部设置冷工质出口；所述外循环管路穿过室内、室外之间的墙壁，包括：散热主管路和回水主管路，其中，各个冰箱的水冷换热器的散热侧工质出口分别连接至散热主管路的室内部分，散热主管路的室外部分连接至水冷散热器的热工质入口；水冷散热器的冷工质出口连接至回水主管路的室外部分，回水主管路的室内部分连接至各个冰箱的水冷换热器的散热侧工质入口。
优选地，本发明低温保藏***中，所述水冷散热器为采用自然散热或风冷强制换热的水冷散热器。
优选地，本发明低温保藏***还包括：设置于水冷散热器内部的水位传感器；设置于水冷散热器上的进水阀门；控制装置，用于接收由所述水位传感器感测到水冷散热器中的水工质的当前水位，如果该当前水位低于预设水位，则向进水阀门发送控制信号，令进水阀门打开，向水冷散热器中补充水工质。
优选地，本发明低温保藏***还包括：设置于散热主管路中的温度传感器；设置于散热主管路和回水主管路其中之一当中的增压泵；控制装置，用于接收由所述温度传感器探测到的散热主管路中的当前水工质温度，如果该当前水工质温度超过预设温度时，控制所述增压泵打开，以加快外循环管路中水工质的循环速度。
优选地，本发明低温保藏***中，所述增压泵的功率与散热主管路中的水工质温度与预设温度值的差值成正比。
优选地，本发明低温保藏***应用于生物样品库中，所述冰箱为超低温冰箱。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明采用室外散热方式的低温保藏***至少具有以下有益效果其中之一：
(1)提高了生物样本库的运行可靠性。冰箱不再向室内直接散热，而是将热量通过水循环排放至室外环境中，室内温度不会再因为超低温冰箱的运转而急剧升高。室内温度正常后，超低温冰箱可以长时间正常工作，从而保证生物样品的安全性，同时其散热效率就不会受到太大的影响；
(2)节约能源，减少投资。采用水循环将热量外排的方式，室内排放的热量大大降低，减少了空调***的负荷，节约了能源。特别是在冬季，外界气温低，可以使回水温度进一步降低，节约更多的能源。由于对空调***的需求减少，可以相应减少对空调***的投资，节约建设成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例采用室外散热方式的低温保藏***的示意图；
图2为图1所示低温保藏***工作原理的示意图。
【主要元件】
110、120、130、140、150、160-超低温冰箱；
111-高温级冷凝器； 112-风冷散热器；
113-水冷换热器； 113’-流量控制阀
113a-吸热侧工质入口； 113b-吸热侧工质出口；
113c-散热侧工质入口； 113d-散热侧工质出口
200-室外散热器；
201-热工质入口； 202-冷工质出口；
203-水位传感器； 204-进水阀门；
205-排水口；
300-外循环管路；
310-散热主管路； 320-回水主管路。
具体实施方式
本发明改变冰箱直接向室内直接散热的方式，改为向室外排放热量，避免了室内温度过高，提高了冰箱的散热效率。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在本发明的一个示例性实施例中，提供了一种采用室外散热方式的低温保藏***。请参照图1，本实施例采用室外散热方式的低温保藏***包括：设置于室内的6台超低温冰箱(110、120、130、140、150、160)；设置于室外的室外散热器200；以及设置于6台超低温冰箱和室外散热器之间的外循环管路300。其中，室内的6台超低温冰箱所产生的热量通过外循环管路300中的工质传递到室外散热器，由该室外散热器将热量交换至室外环境。
可见，6台超低温冰箱不再向室内散热，而是将热量通过循环至室外环境中，从而室内温度不会再因为超低温冰箱的运转而急剧升高，室内温度正常后，超低温冰箱可以正常工作，能可靠的保证生物样品的安全性，同时其散热效率就不会受到太大的影响。
需要说明的是，本实施例中以6台超低温冰箱为例进行说明，但事实上，冰箱的个数可以是任意台，例如1台、两台、5台、10台、100台等，并且冰箱个数越多，采用本发明的效果越显著。此外，除了超低温冰箱之外，其他类型的冰箱，例如家用或工业用的冰箱、冰柜等低温保藏设备，同样可以应用本发明。并且，除了生物样品保藏之外，其他材料例如：生鲜蔬菜、肉制品、糕点等等，同样可以应用本发明。
图2为图1所示低温保藏***工作原理的示意图。以下参照图1和图2来详细介绍本实施例低温保藏***的结构和工作原理。
传统的超低温冰箱包括：高温级冷凝器111与风冷散热器112。其中，高温级冷凝器111通过内循环管路连接至风冷散热器112。制冷剂工质吸收热量后通过内循环管路流动至风冷散热器，冷却后的制冷剂工质通过内循环管路重新流回至高温级冷凝器。
本实施例中，超低温冰箱还包括：水冷换热器113。该水冷换热器具有四个接口-吸热侧工质入口113a、吸热侧工质出口113b、散热侧工质入口113c和散热侧工质出口113d。其中，吸热侧工质入口113a、吸热侧工质出口113b连接至上述内循环管路中，在内循环管路中设置流量控制阀113’来制冷剂工质的流量。吸热侧工质入口113接收高温级冷凝器的吸收热量后的制冷剂工质，冷却后的制冷剂工质通过吸热侧工质出口113b重新流回至高温级冷凝器中。水冷换热器的散热侧工质入口113c和散热侧工质出口113d连接至外循环管路300中。
本实施例中，室外散热器为水冷散热器200，其具有热工质入口201和冷工质出口202。一般情况下，高温水的密度小于低温水的密度，因此，热工质入口201设置于水冷散热器200的上部，冷工质出口设置于水冷散热器的下部。
需要说明的是，本领域技术人员应当清楚，该水冷散热器在室外可以采用自然散热或者风冷强制换热的方式进行散热。
在运行过程中，水冷散热器中的水工质会或多或少的损失。为了自动弥补损失的水工质，在水冷散热器内设置有水位传感器203，在水冷散热器上设置进水阀门204。其中，控制装置(未示出)接收由水位传感器203感测到水冷散热器中的水工质的当前水位，如果该当前水位低于预设水位，则向进水阀门204发送控制信号，令进水阀门204打开，向水冷散热器中补充水工质。
此外，为了能够对水冷散热器中的水工质进行更换，在水冷散热器的底部还设有排水口205。
请参照图2，外循环管路300穿过室内、室外之间的墙壁，包括：散热主管路310和回水主管路320。其中，各个水冷换热器(如113)的散热侧工质出口分别通过连接管连接至散热主管路310的室内部分，散热主管路310的室外部分连接至水冷散热器的热工质入口201。水冷散热器的冷工质出口202连接至回水主管路320的室外部分，回水主管路320的室内部分分别通过连接管连接至水冷换热器(如113)的散热侧工质入口。
在循环管路中，水工质流动的快慢也会影响到降温效果。本实施例中，在散热主管路中设置有温度传感器311，在回水主管路中设置增压泵321。控制装置(未示出)接收由温度传感器311探测到的散热主管路中的当前水工质温度。如果该当前水工质温度超过预设温度时，控制增压泵321打开，以加快外循环管路中水工质的循环速度。并且，散热主管路中的水工质温度与预设温度值的差值越大，增压泵的功率越大，即增压泵的功率与散热主管路中的水工质温度与预设温度值的差值成正比。
需要说明的是，关于上述控制装置，其可以是单独设置的一个部件，以统一实现控制功能；也可以与其他部件(如水位传感器、温度传感器)集成在一起，只要其能够接收到相应传感器的传感信号，并能指令相应的部件动作，均可以实现本发明。
以下介绍本实施例低温保藏***的工作原理：高温冷凝器111的制冷剂工质将热量传递至水冷换热器113；在水冷换热器的散热侧，水工质吸收热量后温度升高，高温水(约30℃)通过散热侧工质出口113d和连接管进入散热主管路310，而后流动至室外，通过热工质入口201进入水冷散热器200；水冷散热器200散热，水工质散热后温度降低，低温水(约20℃)由冷工质出口202流出水冷散热器200，进入回水主管路320，而后经由连接管，通过散热侧工质入口113c进入水冷换热器113中。在水冷换热器中，散热侧不断循环的水工质对吸热侧的制冷剂工质进行降温，间接实现了对高温级冷凝器内工质的降温。
通过本实施例的低温保藏***，生物样本库中十几台、几十台或者几百台超低温冰箱散发的热量大部分被散发到室外，只有一小部分散发在室内，从而室内的温度不会有太大的波动，也不会影响到超低温冰箱的散热效率，极大的方便了生物样品的保存。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明采用室外散热方式的低温保藏***有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：除了水之外，室外散热器还可以采用其他类型的工质，例如酒精、R22，R134A或R410A等。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
综上所述，本发明提供一种采用室外散热方式的低温保藏***。该低温保藏***将冰箱产生的大部分热量转移至室外进行散发，避免了室内温度的急剧升高所引用的恶性连锁反应，在不增加能源消耗的情况能够保持室内温度基本保持不变，在生物样品保藏等领域具有较强的应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种采用室外散热方式的低温保藏***，其特征在于，包括：
设置于室内的N台冰箱，N≥1；
设置于室外的室外散热器；以及
设置于所述N台冰箱和室外散热器之间的外循环管路；
其中，所述N台冰箱所产生的热量通过外循环管路中的工质传递到室外散热器，由该室外散热器将热量交换至室外环境。
2.根据权利要求1所述的低温保藏***，其特征在于，所述冰箱还包括：
高温级冷凝器与风冷散热器，其中，高温级冷凝器通过内循环管路连接至风冷散热器，制冷剂工质吸收热量后通过内循环管路流动至风冷散热器，冷却后的制冷剂工质通过内循环管路重新流回至高温级冷凝器；
水冷换热器，该水冷换热器的吸热侧工质入口和吸热侧工质出口连接至所述内循环管路中；该水冷换热器的散热侧工质入口和散热侧工质出口连接至所述外循环管路中，其中，在该水冷换热器中，所述吸热侧工质入口接收高温级冷凝器的吸收热量后的制冷剂工质，冷却后的制冷剂工质通过吸热侧工质出口重新流回至高温级冷凝器中。
3.根据权利要求2所述的低温保藏***，其特征在于，所述内循环管路设置有流量控制阀。
4.根据权利要求2所述的低温保藏***，其特征在于，所述室外散热器的工质为水、酒精、R22，R134A或R410A。
5.根据权利要求4所述的低温保藏***，其特征在于，所述室外散热器为水冷散热器，其上部设置有热工质入口，其下部设置冷工质出口；
所述外循环管路穿过室内、室外之间的墙壁，包括：散热主管路和回水主管路，其中，各个冰箱的水冷换热器的散热侧工质出口分别连接至散热主管路的室内部分，散热主管路的室外部分连接至水冷散热器的热工质入口；水冷散热器的冷工质出口连接至回水主管路的室外部分，回水主管路的室内部分连接至各个冰箱的水冷换热器的散热侧工质入口。
6.根据权利要求5所述的低温保藏***，其特征在于，所述水冷散热器为采用自然散热或风冷强制换热的水冷散热器。
7.根据权利要求5所述的低温保藏***，其特征在于，还包括：
设置于水冷散热器内部的水位传感器；
设置于水冷散热器上的进水阀门；
控制装置，用于接收由所述水位传感器感测到水冷散热器中的水工质的当前水位，如果该当前水位低于预设水位，则向进水阀门发送控制信号，令进水阀门打开，向水冷散热器中补充水工质。
8.根据权利要求8所述的低温冷藏***，其特征在于，还包括：
设置于散热主管路中的温度传感器；
设置于散热主管路和回水主管路其中之一当中的增压泵；
控制装置，用于接收由所述温度传感器探测到的散热主管路中的当前水工质温度，如果该当前水工质温度超过预设温度时，控制所述增压泵打开，以加快外循环管路中水工质的循环速度。
9.根据权利要求8所述的低温冷藏***，其特征在于，所述增压泵的功率与散热主管路中的水工质温度与预设温度值的差值成正比。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的低温保藏***，其特征在于，应用于生物样品库中，所述冰箱为超低温冰箱。
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