一种高效风冷气相液氮生物储存装置及其使用方法和应用，涉及一种生物储存装置及其使用方法和应用。目的是解决现有气相液氮生物储存罐罐体内部上下温差大、以及罐体内部温度波动大的问题。装置由罐体、控制显示器、离心风扇、液氮盘管、样本转盘、中心轴、格栅和超低温泵构成；罐体的上盖板下表面中心处设置有圆盘风口，圆盘风口和离心风扇之间设置有气道，液氮盘管固定在离心风扇和圆盘风口之间。装置能够进行速冷运行和储存运行。装置应用在大型哺乳纲生物、冻存架、生物细胞或病毒的储存。本发明专利技术装置及方法解决了罐体内上下温差大和温度波动大的问题，降低了液氮消耗量。本发明专利技术适用于气相液氮生物储存装置及应用。
A high efficiency air-cooled liquid nitrogen biological storage device and its application
【技术实现步骤摘要】
一种高效风冷气相液氮生物储存装置及其使用方法和应用
本专利技术涉及一种生物储存装置及其使用方法和应用。
技术介绍
液氮罐广泛应用于医院和实验室中，主要分为液相存储和气相存储。液氮罐用于细胞、组织等生物材料的冻存。目前在生物研究领域及临床治疗领域，气相液氮生物储存罐能够保障细胞的长期稳定保存，并且能够避免液相导致的多样本生物污染，特别是在脐血库、各类干细胞库、生物组织样本库中广泛应用。气相液氮生物储存罐通过罐内液氮不断蒸发使得生物样本处于低温液氮蒸汽环境中，从而实现样本的超低温保存。由于液氮在不断蒸发消耗，而罐体内液氮存储量较少，现有的液氮罐必需一直连接液氮供给罐以确保液氮罐内温度保持在-135摄氏度以下。由于气相液氮生物储存罐生产制造工艺难度较大，温控难度更大，这一产品长期为外国公司所垄断。近年来，国产液氮罐也逐步面向市场，但在罐体外部的轴端凝露、结霜、罐体内部上下温差大和液氮系统消耗量方面不尽人意。而进口液氮罐也存在着罐顶与罐底温差偏大问题，根据目前国外品牌气相液氮罐测试数据显示，当内腔温度的顶部温度为-183至-186摄氏度、底部温度为-193至-196摄氏度时，罐盖打开后48h内，罐体内腔顶部温度约-170℃，切断液氮供应后，第13天温度上升至-135℃。这种温度经常性波动和温差过大，是造成保存的样本质量不均一、不稳定的主要因素。另外，为了减小罐顶罐底的温差，气相液氮罐罐体不能做的过高，限制了液氮罐规模和空间利用率。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有气相液氮生物储存罐罐体内部上下温差大、以及罐体内部温度波动大的问题，提出一种高效风冷气相液氮生物储存装置及其使用方法和应用。本专利技术高效风冷气相液氮生物储存装置由罐体、控制显示器、离心风扇、液氮盘管、样本转盘、中心轴、格栅和超低温泵构成；离心风扇、液氮盘管、样本转盘、中心轴、格栅和超低温泵设置在罐体内部，罐体的顶部设置有上盖板，控制显示器固定在上盖板上；罐体的上盖板上开有存取口，存取口上设置有存取口盖板；所述罐体下部盛有液氮，罐体内底部设置有竖向支撑柱，中心轴为中空圆柱，中心轴下端套设在竖向支撑柱上；样本转盘为圆盘形，样本转盘中心设置有通孔，样本转盘套设在液氮上方中心轴的外壁上；样本转盘上方中心轴四周均匀辐射状布置有数个矩形的格栅；罐体的上盖板下表面中心处设置有圆盘风口，罐体的上盖板下表面靠近外缘处设置有离心风扇，液氮盘管固定在罐体的上盖板的下表面的离心风扇和圆盘风口之间；圆盘风口由圆形上板和圆形下板构成，圆形上板和圆形下板平行设置且通过三个固定柱连接；圆盘风口中心设置有通孔，中心轴上端穿过圆盘风口中心的通孔探出至圆盘风口上方，圆盘风口的外缘设置有弧形挡板，弧形挡板的弧形开口朝向圆盘风口的外缘设置；弧形挡板设置在圆盘风口中远离离心风扇一侧；圆盘风口和离心风扇之间设置有气道，气道的进气口朝向离心风扇的排气口设置，气道的出气口由圆盘风口的圆形上板伸入至圆形上板和圆形下板之间；所述罐体下部的液氮内设置有超低温泵，超低温泵的进液口设置在液氮内，超低温泵的排液口与液氮盘管进液口通过送液氮管连通，回液氮管的一端与液氮盘管的排液口连通，回液氮管的另一端伸入至液氮内，罐体上部的回液氮管上连接有旁通管；旁通管的作用是排放换热后的高温氮气；所述中心轴的内壁上竖向均匀设置有3～4个温度传感器，罐体中靠近底部内壁上设置有压差型液位传感器；旁通管上设置有电磁阀，旁通管的外壁设置有第二温度传感器。上述高效风冷气相液氮生物储存装置的使用方法为：当进行速冷运行时，首先注入液氮并通过控制显示器和压差型液位传感器监测液氮高度至液氮液面超过超低温泵的进液口，开启旁通管上设置的电磁阀并启动超低温泵，旁通管开始排除氮气，通过控制显示器和第二温度传感器监测旁通管内氮气温度，当旁通管内氮气温度到达-70℃时关闭旁通管上设置的电磁阀，并通过控制显示器开启低温泵，同时开启离心风扇，离心风扇将罐体中产生的高压低温氮气经由气道输送至圆盘风口内，高压低温氮气经弧形挡板反射后作用在液氮盘管上并散发至罐体内腔；当控制显示器中获取的所有温度传感器的温度均达到预设温度后通过控制显示器关闭第一电机和第二电机；当进行储存运行时，首先注入液氮并通过控制显示器和压差型液位传感器监测液氮高度至液氮液面超过超低温泵的进液口，开启旁通管上设置的电磁阀并启动超低温泵，旁通管开始排除氮气，通过控制显示器和第二温度传感器监测旁通管内氮气温度，当旁通管内氮气温度到达-70℃时关闭旁通管上设置的电磁阀，并通过控制显示器开启低温泵，同时开启离心风扇，离心风扇将罐体中产生的高压低温氮气经由气道输送至圆盘风口内，高压低温氮气经弧形挡板反射后作用在液氮盘管上并散发至罐体内腔；当控制显示器中获取的所有温度传感器的温度均达到预设温度后通过控制显示器关闭第一电机和第二电机；当控制显示器中获取的多个温度传感器中任意一个的温度低于预设值3℃时，再次通过控制显示器开启低温泵，同时开启离心风扇。上述高效风冷气相液氮生物储存装置用于储存大型哺乳纲生物、冻存架、生物细胞或病毒。本专利技术原理及有益效果为：1、现有气相液氮生物存储罐开盖后温升快，尤其是需要查找时及大型样本放入时程序复杂，在开盖期间导致开盖时间长，回温慢。本专利技术装置运行过程中，罐体底部液氮通过超低温泵、送液氮管、回液氮管和液氮盘管进行液氮循环；离心风扇将罐体中产生的高压低温氮气经由气道输送至圆盘风口内，高压低温氮气经弧形挡板反射后作用在液氮盘管上并散发至罐体内腔，因此圆盘风口的设置能够实现高效降温和均衡罐体内的温度的效果，解决了罐体内上下温差大和温度波动大的问题，突破了气相液氮罐对罐体高度的限制，保证罐内样本长期冻存的安全，同时大幅降低了液氮消耗量，增加装置的利用率。液氮是由空气压缩冷却制成，汽化时就恢复为氮气。据测定，每一立升液氮汽化，温度上升15度，体积膨胀约为180倍。一升液氮能够在标准大气压下汽化成683升0℃的氮气,每公斤液氮可夺热48大卡。本专利技术装置罐体内的温度均衡，可以减少更多液氮因夺热汽化，进而大幅降低了液氮消耗。本专利技术装置中顶部温度能够保持在-192至-195摄氏度，同时底部温度能够保持在-193至-196摄氏度；罐盖打开后48h内，罐体内腔顶部温度仍能达到-190℃，切断外部液氮供应后，在第13天顶部和底部温度仍然能够维持在-190℃。2、本专利技术中存取口盖板的设置、以及电机的动力输出轴与罐体的机械密封装置的设置使得高效风冷气相液氮生物储存装置成为一个相对封闭的系统，避免液氮外溢，维护简单，运行过程中不受湿度、潮气等其他环境变量的影响，避免罐体开启时潮气的进入导致的结霜问题的发生。3、现有的气相液氮生物储存罐并没有设置圆盘风口，在进行存取时液氮挥发的雾状气体会从存取口外溢，雾状气体会阻挡罐体内样品上可识别标识的读取。本专利技术圆盘风口设置后能够将雾状气体吹散并沿内壁循环至罐体下部，达到了除雾目的。附图说明：图1为实施例1中高效风冷气相液氮生物储存装置的结构示本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效风冷气相液氮生物储存装置，其特征在于：该装置由罐体(1)、控制显示器(2)、离心风扇(4)、液氮盘管(5)、样本转盘(9)、中心轴(15)、格栅(8)和超低温泵(20)构成；离心风扇(4)、液氮盘管(5)、样本转盘(9)、中心轴(15)、格栅(8)和超低温泵(20)设置在罐体(1)内部，罐体(1)的顶部设置有上盖板，控制显示器(2)固定在上盖板上；罐体(1)的上盖板上开有存取口(14)，存取口(14)上设置有存取口盖板(12)；/n所述罐体(1)下部盛有液氮(10)，罐体(1)内底部设置有竖向支撑柱(27)，中心轴(15)为中空圆柱，中心轴(15)下端套设在竖向支撑柱(27)上；样本转盘(9)为圆盘形，样本转盘(9)中心设置有通孔，样本转盘(9)套设在液氮(10)上方中心轴(15)的外壁上；样本转盘(9)上方中心轴(15)四周均匀辐射状布置有数个矩形的格栅(8)；/n罐体(1)的上盖板下表面中心处设置有圆盘风口(7)，罐体(1)的上盖板下表面靠近外缘处设置有离心风扇(4)，液氮盘管(5)固定在罐体(1)的上盖板的下表面的离心风扇(4)和圆盘风口(7)之间；圆盘风口(7)有圆形上板和圆形下板构成，圆形上板和圆形下板平行设置且通过三个固定柱(24)连接；圆盘风口(7)中心设置有通孔，中心轴(15)上端穿过圆盘风口(7)中心的通孔探出至圆盘风口(7)上方，圆盘风口(7)的外缘设置有弧形挡板(28)，弧形挡板(28)的弧形开口朝向圆盘风口(7)的外缘设置；弧形挡板(28)设置在圆盘风口(7)中远离离心风扇(4)一侧；/n圆盘风口(7)和离心风扇(4)之间设置有气道(6)，气道(6)的进气口朝向离心风扇(4)的排气口设置，气道(6)的出气口由圆盘风口(7)的圆形上板伸入至圆形上板和圆形下板之间；/n所述罐体(1)下部的液氮(10)内设置有超低温泵(20)，超低温泵(20)的进液口设置在液氮(10)内，超低温泵(20)的排液口与液氮盘管(5)进液口通过送液氮管(16)连通，回液氮管(17)的一端与液氮盘管(5)的排液口连通，回液氮管(17)的另一端伸入至液氮(10)内，罐体(1)上部的回液氮管(17)上连接有旁通管(13)；/n所述中心轴(15)的内壁上竖向均匀设置有3～4个温度传感器(25)，罐体(1)中靠近底部内壁上设置有压差型液位传感器(26)；旁通管(13)上设置有电磁阀，旁通管(13)的外壁设置有第二温度传感器。/n...
【技术特征摘要】
1.一种高效风冷气相液氮生物储存装置，其特征在于：该装置由罐体(1)、控制显示器(2)、离心风扇(4)、液氮盘管(5)、样本转盘(9)、中心轴(15)、格栅(8)和超低温泵(20)构成；离心风扇(4)、液氮盘管(5)、样本转盘(9)、中心轴(15)、格栅(8)和超低温泵(20)设置在罐体(1)内部，罐体(1)的顶部设置有上盖板，控制显示器(2)固定在上盖板上；罐体(1)的上盖板上开有存取口(14)，存取口(14)上设置有存取口盖板(12)；
所述罐体(1)下部盛有液氮(10)，罐体(1)内底部设置有竖向支撑柱(27)，中心轴(15)为中空圆柱，中心轴(15)下端套设在竖向支撑柱(27)上；样本转盘(9)为圆盘形，样本转盘(9)中心设置有通孔，样本转盘(9)套设在液氮(10)上方中心轴(15)的外壁上；样本转盘(9)上方中心轴(15)四周均匀辐射状布置有数个矩形的格栅(8)；
罐体(1)的上盖板下表面中心处设置有圆盘风口(7)，罐体(1)的上盖板下表面靠近外缘处设置有离心风扇(4)，液氮盘管(5)固定在罐体(1)的上盖板的下表面的离心风扇(4)和圆盘风口(7)之间；圆盘风口(7)有圆形上板和圆形下板构成，圆形上板和圆形下板平行设置且通过三个固定柱(24)连接；圆盘风口(7)中心设置有通孔，中心轴(15)上端穿过圆盘风口(7)中心的通孔探出至圆盘风口(7)上方，圆盘风口(7)的外缘设置有弧形挡板(28)，弧形挡板(28)的弧形开口朝向圆盘风口(7)的外缘设置；弧形挡板(28)设置在圆盘风口(7)中远离离心风扇(4)一侧；
圆盘风口(7)和离心风扇(4)之间设置有气道(6)，气道(6)的进气口朝向离心风扇(4)的排气口设置，气道(6)的出气口由圆盘风口(7)的圆形上板伸入至圆形上板和圆形下板之间；
所述罐体(1)下部的液氮(10)内设置有超低温泵(20)，超低温泵(20)的进液口设置在液氮(10)内，超低温泵(20)的排液口与液氮盘管(5)进液口通过送液氮管(16)连通，回液氮管(17)的一端与液氮盘管(5)的排液口连通，回液氮管(17)的另一端伸入至液氮(10)内，罐体(1)上部的回液氮管(17)上连接有旁通管(13)；
所述中心轴(15)的内壁上竖向均匀设置有3～4个温度传感器(25)，罐体(1)中靠近底部内壁上设置有压差型液位传感器(26)；旁通管(13)上设置有电磁阀，旁通管(13)的外壁设置有第二温度传感器。
2.根据权利要求1所述的高效风冷气相液氮生物储存装置，其特征在于：所述罐体(1)的上盖板设置有真空层，所述离心风扇(4)对应的罐体(1)的上盖板的上表面设置有第一电机(3)，第一电机(3)的动力输出轴穿过罐体(1)的上盖板的真空层与离心风扇(4)的动力输入轴连接；所述第一电机(3)的动力输出轴的材质为耐低温塑胶。
3.根据权利要求2所述的高效风冷气相液氮生物储存装置，其特征在于：所述第一电机(3)的动力输出轴与罐体(1)上盖板之间设置有机械密封装置。
4.根据权利要求1所述的高效风冷气相液氮生物储存装置，其特征在于：所述超低温泵(20)对应的罐体(1)的外壁设...
【专利技术属性】
技术研发人员：张宇，张怡，刘艳青，
申请(专利权)人：天晴干细胞股份有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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