CN103369959A - 包括用于危急情况的装置且尤其用于生物样本的低温贮藏的冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷却系统（l），其尤其是用于低温贮藏生物样本（2），所述冷却系统（l）包括冷却隔间（100）和用于用液氮（220）来冷却该冷却隔间（100）的冷却装置（200）。侧壁（120）中的至少一个包括至少一个预定的壁元件（125），所述壁元件（125）基本上被设计成与周围的承重壁相同，且能够相对于所述承重壁以能在侧壁（120）中形成壁开口的方式移动。所述冷却系统还可包括防护装置、尤其是防护罩，以建立用于操作员（3）的局部防护氛围。可附加地设置例如用于提供防护以抵抗涌水的提升装置和/或用于为整个冷却系统建立防护氛围的壳体装置。本发明还描述了用于在危急情况下操作冷却系统（1）的方法。

Description

包括用于危急情况的装置且尤其用于生物样本的低温贮藏的冷却系统

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于生物样本的低温贮藏的冷却系统，所述冷却系统具有用液氮（LN₂）冷却的冷却隔间。本发明还涉及用于在危急（紧急、事故）情况下操作该冷却系统的方法。本发明应用于样本在冷却状态下的长期储存、尤其用于生物样本的低温贮藏。

背景技术

出于保藏目的将生物样本在冷却系统中、例如冷库（低温贮藏）中储存在冷冻状态中是已知的。冷库通常在低于-80℃的温度下、尤其在低于水冰的再结晶温度（-138℃）下操作。它们包括具有液氮（温度：大约-195℃）的冷却介质贮存器和尺寸范围从几公升直至大约2或3立方米的多个单独的柜（所谓的冷柜，主要是由双壁钢制成的杜瓦瓶）。冷柜位于正常温度（室温）下的空间中，并由冷却介质贮存器供送所述液氮。在冷柜中，储存有带有样本（例如液体、细胞、细胞成分、血清、血液、细胞悬液、组织切片等）的管、袋或其他封闭接收器的箱布置在搁架中。样本可完全地布置在液氮中。然而，为了防止样本被液氮污染，样本通常在大约-145℃下的液氮蒸气中储存在冷的气相中。这种气相在冷柜的底部上的氮池上方形成。

传统的冷柜在正常操作模式下具有高的操作安全性。只要保持液氮的供送，就保证了样本的安全储存。然而，如果在危急的情况下液氮的供送被中断或杜瓦瓶中的真空被破坏，样本就必须被转移至另一冷柜。在这种转移过程中，尤其在牵涉到多个冷柜的情况下，存在样本非期望地变热的高风险。甚至更危险的是由火灾或涌水导致的危急情形。

然而，具有单独冷柜的传统冷库在要低温贮藏大量样本、例如一万直至一百万或更多的样本时存在缺点。为了提供不变的冷却条件和为了在操作冷库、尤其是样本处理时进行自动操作，在冷库操作效率方面产生了局限性。为了克服这些局限性，有意愿用例如用于食品储存的更大的储存设备来代替传统的冷柜。使食品能够有效储存和自动操作的冷却隔间是已知的。然而，由于传统的冷却隔间的操作温度在高于-50℃的范围内，因此它们不适合用于生物样本的长期的低温贮藏。

一种适合用于生物样本的低温贮藏的扩展的冷却系统由本发明的发明人在另一专利申请（在本发明的优先权日尚未公开）中描述。该冷却系统包括由底部区域、侧壁和顶部区域限定的冷却隔间以及设置用于用液氮来冷却该冷却隔间的冷却装置。与传统的冷柜相反，即使扩充的冷却隔间（冷藏空间）中的低温贮藏在冷却的效率和样本处理的自动操作方面是有益的，在危急的情况下却存在较高的风险。例如，在冷却装置失效的情况下，样本不能像从冷柜中一样地从冷却隔间快速地移除。用于移除冷藏物品的特别措施对于用于储存食品的传统冷却隔间而言也不是已知的。

在操作冷却隔间时存在另一关于保护停留在冷却隔间中的操作员的问题。当在危急情况下操作员在冷却隔间中暴露于威胁生命的条件下时，没有已知的措施用于保护操作员。

EP1 252 471B1、DE10 2007 015 390A1、US4 576 010A、US4 060 400A、US3 287 925A、US3 385 073A和US3 127 755A描述了一种用液氮冷却的冷却车辆，其冷却隔间相应地具有门开口和使得能够接近冷藏物品的门。这些冷却车辆对于生物样本的低温贮藏是不实用的，因为所述门开口使得外界空气能够流入，从而导致冷却隔间的内部结冰。

发明内容

本发明的目的是提供一种尤其是用于生物样本的低温贮藏的改进的冷却系统，其能够克服传统冷却系统的缺点和局限。该冷却系统应当尤其能够在危急情况下保护低温贮藏的样本和/或操作员。本发明的目的是还提供一种用于操作尤其是用于生物样本的低温贮藏的冷却系统的改进的方法，通过该方法来克服传统方法在危急情况下的缺点和局限。

这些目的通过具有独立权利要求的特征的冷却系统和用于操作该冷却系统的方法来实现。本发明的有益的实施例和应用由从属权利要求产生。

根据本发明的第一方面，提供了一种尤其用于生物样本的低温贮藏的冷却系统，其具有冷却隔间和冷却装置，所述冷却装置适于使用液氮来冷却该冷却隔间。冷却隔间通常是由底部区域、侧壁和顶部区域封闭的空间，所述空间整体通过冷却装置来冷却，且适于容纳要保藏的样本。冷却隔间优选布置成固定的且不能移动的。冷却隔间特别优选地被构造成能通过液氮或液氮的蒸气直接地被冷却。根据本发明，侧壁中的至少一个包括可相对于相应的侧壁移动的至少一个壁元件。所述至少一个壁元件以如下方式被构造：可通过壁元件相对于侧壁的移动在侧壁中形成壁开口。壁元件是侧壁的一部分。壁元件的移动尤其是指，壁元件可从侧壁通过壁元件完全闭合的闭合状态移动至侧壁在壁开口处中断的敞开状态。有益地，所述至少一个壁元件使得在危急情况下能够紧急打开冷却隔间，以便从冷却隔间迅速移除（撤离）样本和/或人员。

壁元件可相对于侧壁即刻地（即没有影响低温贮藏的样本的状态的任何延迟）移动，以便形成壁开口。与仅通过舱盖从上方设置样本入口的传统冷柜不同，根据本发明设置的所述至少一个壁元件实现了冷却隔间中的样本的侧入口。这可有益地明显加快样本的撤离。与用于食品的传统冷却隔间不同，根据本发明设置的所述至少一个壁元件不是为常规的样本入口设置的门，而是壁的子区域。这有益地防止了在冷却隔间中形成不期望的冷源。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于操作根据本发明的上述第一方面的冷却系统的方法，其中，冷却系统中的危急状态被探测到后，对冷却隔间中的操作员和/或样本采取措施，直至他们的环境条件对应于期望的正常状态。所述危急状态设定为：当冷却隔间中的操作员和/或样本暴露在与预定的正常状态不同的操作条件下时。根据本发明，改变冷却系统的用于危急情况的单个或多个防护措施的使用状态和操作员和/或样本的状态，直至操作员和/或样本的环境条件对应于正常状态。

对操作员而言，操作条件例如包括操作员的防护服内的温度和/或氧气含量、和/或防护服的机械构件、例如连接部的操作性。正常状态对操作员而言特征为例如高于0℃的温度和操作员的直接环境中的可呼吸空气的供给，对防护服而言特征为连接部的移动性。

对于样本而言，操作条件包括冷却隔间中的温度和/或不期望的物质的存在性。正常状态对样本而言特征为例如冷却隔间中低于-138℃的温度和/或氛围的干燥度。

根据本发明，冷却隔间的尺寸被选择成使至少一个操作员可在冷却隔间中停留和移动。冷却隔间的内部容积被选择成：使所述至少一个操作员完全适合在冷却隔间中并可在其中站立和/或行走。优选地，所述内部容积等于至少10m³、尤其至少100m³，例如至少500m³或甚至1000m³或更大。

根据本发明的冷却系统的冷却隔间适于容纳样本接收装置。适合用于容纳样本的任何保持结构、尤其是用于生物样本的样本容器可被用作样本接收装置。样本容器例如包括试管、小管、毛细管、所谓的“细管（straws）”、袋或其他封闭接收器皿。样本接收装置可在冷却隔间中永久地（尤其是固定地）布置或至少部分可移除地布置。根据本发明，冷却隔间的尺寸优选被选择成使操作员可在设有样本接收装置的冷却隔间中停留和移动。

根据本发明的一个优选的实施例，所述至少一个侧壁和设置在相应的侧壁中的所述至少一个壁元件在侧壁的厚度方向上具有相同的结构。壁元件形成壁模块，所述壁模块通过形状配合或经由预定的断裂点与周围的侧壁连接。侧壁及壁元件的模块结构具有的优点是，沿着侧壁的热特性是基本恒定的，从而防止了冷源的形成。

根据本发明的另一有益的实施例，所述至少一个壁元件能够相对于相应的侧壁的表面延伸方向垂直地移位。壁元件可沿着与侧壁的厚度方向平行的方向移动。在该情况下，壁开口可以以特别容易的方式如下地形成：壁元件从外侧移位到冷却隔间的内部或从内侧移位到冷却系统的周围环境中。

还有益的是，壁元件可手动地移动、尤其是相对于侧壁手动地移位。在该情况下，人工操作员可使用他的体力建立壁开口。附加的机械工具的使用不是强制性的。

本发明的一个变型是特别优选的，其中，壁元件可与侧壁完全地分离。这使得能够简化地从相应的侧壁的两侧接近壁开口。

如果为冷却系统提供以下措施中的至少一个，撤离冷却隔间可有益地被简化。根据第一变型，用于撤离容器的接合装置可设置在具有所述至少一个壁元件的所述至少一个侧壁的外侧上。接合装置定位在相应的侧壁的外侧上，使得联接至接合装置的撤离容器邻近于与侧壁中的壁开口对应的壁元件布置。接合装置例如包括框架，所述框架在侧壁的外侧上围绕壁元件或壁开口，且适于联接撤离容器。优选地，接合装置被构造成：用于使冷却隔间与所联接的撤离容器相对于冷却系统的周围环境以热隔离的气密的方式连接。替代性地或附加地，倾斜部设置在具有所述至少一个壁元件的所述至少一个侧壁的外侧上。倾斜部包括支撑部，所述支撑部从侧壁中的壁元件或壁开口的底部边缘引导至冷却系统的周围环境中的地面。样本从冷却隔间的撤离通过所述倾斜部被有益地简化。

根据本发明的另一结构特征，防护装置设置在冷却隔间中，可通过所述防护装置在冷却隔间中在操作员的周围建立局部防护氛围。在冷却隔间中设有防护装置的冷却系统代表了根据本发明的按照上述第一方面的冷却系统的一个优选的实施例。然而，防护装置甚至可在无需使冷却隔间的侧壁中的至少一个设有壁元件的情况下设置用于具有冷却隔间和用于用液氮来冷却该冷却隔间的冷却装置的冷却系统。换言之，具有设置在冷却隔间中的防护装置的冷却系统代表了本发明的独立的主题。有益地，防护装置使操作员能够在危急情况下被保护以抵抗威胁生命的环境条件、尤其抵抗过冷或缺氧。

根据一个有益的变型，防护装置包括防护罩（覆盖物），所述防护罩可在冷却隔间中移动，且可与外部通风系统联接。防护罩的内部可通过外部通风系统用加热的空气进气填充。防护罩优选由在冷却隔间中的操作温度下柔性的材料、例如金属箔制成。根据另一变型，防护装置包括可移动的分隔壁，所述分隔壁可在冷却隔间的内部移位，且可通过所述分隔壁与冷却隔间的其余部分分隔出一个隔间。在该情况下，也设置了外部通风系统，所述隔间的内部可通过所述外部通风系统用加热的空气进气填充。在危急情况下，冷却隔间中的操作员通过以下方式得到帮助：用防护罩覆盖该操作员或围绕该操作员形成具有可移位的分隔壁的隔间，且所述防护罩或所述隔间的内部用加热的空气进气填充。

根据另一变型，防护装置可设有例如由塑料制成的隔离垫，操作员可通过所述隔离垫与底部区域形成热隔离。

根据本发明的另一有益的结构特征，冷却隔间可设有警报装置，所述警报装置适于针对到冷却隔间的内部的任何未授权的进入产生警报。这可有益地简化样本的保护。

当冷却系统的周围环境中的条件不期望地变化时，也可在根据本发明的冷却系统中发生危急情况。例如，可发生水从下方或从上方不期望地涌进冷却系统的情况。为了在该情况下保护样本，冷却系统设有提升装置和/或设有外部壳体装置。所述提升装置和所述壳体装置代表了根据上述第一方面的冷却系统的优选的实施例的特征，但是也可设置在具有冷却隔间和用液氮工作的冷却装置的、没有侧壁适于借助于可变壁元件形成壁开口的冷却系统上。换言之，设有提升装置和/或壳体装置的冷却系统代表本发明的独立的主题。

提升装置被构造为：能改变冷却隔间或冷却隔间的部件（例如单独的隔间）以及（如果必要的话）冷却装置相对于冷却系统的周围环境中的地面的操作高度。有益地，冷却隔间在高水位的情况下可被提升至高水位高度水平之上。优选地，提升装置为此包括起吊装置和/或液压操作式承载装置。壳体装置被构造成用于提供系统的围绕整个冷却系统、尤其围绕整个冷却隔间的防护氛围。优选地，壳体装置包括例如由塑料制成的柔性的箔，借助于所述箔，冷却系统或至少冷却隔间可被防护以抵抗从上方渗入的水。

附图说明

以下通过参考附图来描述本发明的另外的优点和细节。附图示出如下：

图1是根据本发明的冷却系统的一个优选的实施例的示意性剖视图；

图2是根据图1的冷却系统以及所联接的撤离容器的示意性剖视图；

图3是根据图1的冷却系统以及设置用于冷却隔间的撤离的倾斜部的示意性剖视图；

图4和图5是根据图1的冷却系统的示意性剖视图以及通过成形为防护罩的防护装置对操作员的施救过程的图示；

图6是具有可移位的壁的冷却隔间的示意性透视图，所述可移位的壁用于形成成形为隔间的防护装置；

图7是根据本发明设置的提升装置的结构特征的示意性剖视图；以及

图8是根据本发明设置的壳体装置的结构特征的示意性剖视图。

具体实施方式

根据本发明的冷却系统的和用于操作所述冷却系统的方法的优选的实施例在下面通过示例性地参考具有冷却隔间的冷却系统来描述，所述冷却隔间的尺寸被选择成使操作员可在该冷却隔间中步行多步。本发明的实现不限于示例性示出的冷却隔间尺寸，而是即使对于相对明显较大的冷却隔间（厅室）或是对于较小的冷却隔间都是相应地可行的。本发明的实施例尤其参考在根据本发明的冷却系统上用于在危急情况下防护样本或操作员的措施来进行描述，且也描述了用于在危急情况下操作冷却系统的方法。生物样本的低温贮藏的细节、例如样本制备或某些冷却报告的实现或样本的存放以及储存的样本数据可通过根据本发明的冷却系统如现有技术本身公知地来实现。

图1以示意性剖视图示出了根据本发明的冷却系统1的一个实施例，所述冷却系统1具有冷却隔间100、第一冷却装置200、第二冷却装置300和操作室400。冷却隔间100向下通过底部区域110、侧向通过侧壁120且向上通过顶部区域130限定。冷却隔间100的内部容积例如等于10m×5m×3m。具有搁架141的样本接收装置140布置在冷却隔间100中，坐落于底部区域110上并邻近于侧壁120。

底部区域110包括平台111，所述平台111在具有槽210的第一冷却装置200上方延伸。槽210具有带有被抽真空的内部的双层壁槽体，且在其外侧上设有热隔离部。所述热隔离部与侧壁120具有相同的结构。替代性地或附加地，所述槽通过红外反射的真空区域隔离。在冷却系统1的操作过程中，液氮220包含在槽210中。液氮220优选具有朝向底部区域110的自由表面。氮池得以形成。在冷却系统1的操作过程中，槽210的填充和液氮220的蓄积的维持借助于冷却剂供送装置（未示出）进行。

平台111包括例如由钢制成的栅格，所述栅格在槽210上方延伸，并设有踏步平台。所述踏步平台减少了操作员3与平台111之间的任何可能的机械接触，使得从操作员3到平台111的任何可能的热流动被减到最小。由于平台111为操作员3以及还为样本接收装置形成了支撑区域，因此平台111可通过附加的构件（未示出）机械地支撑在槽210中。

第二冷却装置300设置在侧壁120中的至少一个上，尤其设置在侧壁120的向内指向的表面上或嵌在侧壁120中。第二冷却装置300被构造用于电冷却。第二冷却装置300包括与冷却总成（未示出）连接的冷却元件310。所述冷却总成位于冷却隔间100之外、优选位于冷却隔间100上方。通过第二冷却装置300，例如可提供温度低至-150℃的电冷却。根据本发明的替代性的变型，第二冷却装置300可被形成为用氮冷却或用液氦冷却的替代物。

在冷却系统1的操作过程中，第一冷却装置例如在冷却隔间中用作主冷却，第二冷却装置用作从安全冷却系统。替代性地，反之，第二冷却装置可形成主冷却，第一冷却装置形成从安全冷却系统。

样本接收装置140包括搁架141（所谓的“低温架”），生物样本2在所述搁架141中储存在样本容器中。搁架141具有由导热性好的材料制成的、例如由金属制成的框架，所述框架与平台111具有热接触，并经由热桥142与第一冷却装置200中的液氮220直接地热接触。这有益地保证了直至搁架141的上部隔室的有效冷却。

根据本发明，至少一个壁元件125包括在至少一个侧壁120中，所述壁元件125可相对于所述侧壁移动。所述至少一个壁元件125是侧壁的一部分，从侧壁120的内侧延伸直至侧壁120的外侧，且经由开口连接部126与周围的侧壁120连接。壁元件125可借助于滑动移动或在击打的动作下与侧壁120分离，从而可形成壁开口127（见图2）。示意性地示出的用于移动的撤离容器的接合装置128（见图2）布置在侧壁120的外侧上。壁元件125与周围的侧壁120具有基本上相同的结构。如果侧壁120例如包括多个层状的壁层，所述多个层状的壁层同样设置在壁元件125中。与图1中的图示不同，可设置多个壁元件125用于在一个或多个侧壁120中形成多个壁开口。

壁元件125的尺寸被选择成：使侧壁120中的壁开口适合于使样本2和/或操作员3从冷却隔间100快速地撤离。壁元件125例如可具有直径例如为100cm的圆形横截面或边长为100cm的矩形横截面。

侧壁120优选包括具有内真空构件层121和外塑料层122的多个层状的壁层。真空构件层121包括一层被抽真空的结构元件（所谓的“真空构件”）和被抽真空的中空壁123。所述被抽真空的结构元件以尤其像用于建筑目的的传统的建筑石材或砖块的平行六面体形成，且由具有被抽真空的或可被抽真空的内部的塑料制成。中空壁123在整个侧壁120上或侧壁120的部分上延伸。中空壁123在所述至少一个壁元件125的区域中具有凹部。中空壁123在正常操作模式中是被抽真空的或可选地被充以冷却液。中空壁123尤其具有有益的功能，以用于冷却装置中的一个失效的情况。中空壁123可由操作员能够选择的外部辅助容器（未示出）充以冷却剂、例如液氮，以便防止冷却隔间100不期望地变热。塑料层122包括由聚合物泡沫、例如聚氨酯泡沫制成的层。塑料层122的厚度例如可在10cm至1m的范围内选择或还可大于1m。

顶部区域130包括例如由聚合物泡沫形成的塑料层，顶部开口131在所述塑料层中形成。具有驱动装置410和机械控制元件411的操作室400设置在顶部开口131上方，所述驱动装置410和机械控制元件411伸入到冷却隔间100的内部中。图1通过示例示出了具有可通过驱动装置410致动的移位单元的杆组件。样本可通过所述移位单元引入到样本接收装置的搁架141中或从样本接收装置的搁架141移除。另外，设置了防护罩隔间400.1（接收塔），其中布置有具有吊索151的输送机150。样本接收装置140、尤其是塔状的搁架141可在故障的情况下或在冷却隔间100的加载过程中被转移到防护罩隔间400.1中。吊索151和梯子152从操作室400穿过顶部开口131伸到冷却隔间100中。附加地，操作室400可包括另外的操作装置和/或连接至人员出入装置450。

操作室400还包括警报装置401，所述警报装置401连接于冷却隔间100中的和操作室400中的传感器，并针对到冷却隔间100的内部中的任何不期望的进入产生警报信号。另外，与外部通风系统630连接的柔性的通风管路620位于操作室400中。通风管路620可被拉到冷却隔间100中，以便在那里在防护罩610（见图5）中形成局部防护氛围。

为了检查冷却隔间100，操作员穿过人员出入装置450步入操作室400中。在人员出入装置450与操作室400之间存在闸门，操作员3可经由台阶457通过所述闸门接近操作室400。从操作室400中，对冷却隔间100的检查通过顶部开口131并借助于梯子152进行。操作员3穿着防护服，所述防护服在另一专利申请（在本发明的优先权日尚未公开）中描述。

与底部区域110距离不同的温度传感器设置在冷却隔间100中和操作室400中。这使得能够探测冷却隔间100中的温度分布。如果需要，在冷却隔间100中还可采用通过第二冷却装置300和/或通风装置（未示出）的附加的冷却，以实现温度的平衡、尤其降低冷却隔间100的上部区域中的温度。

另外，氮喷洒系统108设置在冷却隔间100中。氮喷洒系统108优选位于顶部区域130的下侧上。有益地，在首次使用冷却隔间时或在冷却装置失效的情况下，可通过氮喷洒系统108实现快速的冷却。氮喷洒系统108由冷却剂供送设备（未示出）经由冷却剂管路被供给。

图1示出了根据本发明的冷却系统的一个重要设计。到冷却隔间100的内部中的所有供送连接、尤其是供送管路和开口全部通过顶部区域130、即从上方进行。这使得热供送变得最小。另外，较热的顶部可布置在操作室400中或上方，以用于不能在低温下操作的装置。尤其地，具有较高温度的或甚至具有用于可移动部件（例如马达）的操作的内部加热器的隔间可放置在顶部。由于气体持续地从第一冷却装置200产生且体积明显增加，并且冷却系统1被设计成无压力的、即非气密的，因此氮持续地从底部流动经过冷却隔间100。对于冷却系统1的可靠操作还值得注意的是，在危急情况下、尤其在冷却装置失效的情况下的变热被尽可能地延迟。这尤其通过侧壁120的热隔离结构来实现。

在根据本发明的用于生物样本的低温贮藏且具有在紧急情况下能行进的自动化的冷却隔间的冷却系统中，通过用于危急情况的预定设备和/或预定程序在空间要求方面为危急情况作好准备。在危急情况下，这提供了用于尽可能快地恢复样本以及相关冷却隔间中或之外的操作员（如果牵涉到他们的话）的确定的程序和所需的装置。出于更好地理解危急情况的目的，首先对根据本发明的冷却系统的正常操作模式进行描述。

1.正常操作

在正常操作过程中，冷却系统处于包括以下方面的操作模式中的一个下：冷却隔间的初始冷却、正常冷却、技术检查、维护/修理工作、备用操作和终止样本在冷却隔间中的储存。

对于初始冷却，整个冷却隔间以及所有设施和任何前隔间例如通过加热或通过将冷却隔间相对于环境气密地密封并引入干燥的气体来完全地干燥。冷却隔间的密封例如使用以下参照图8描述的壳体装置来实施。之后，液氮被充入第一冷却装置200中。在第一冷却装置200的冷却过程中，大量的干燥氮气产生并将内部空气从冷却隔间向上推压。这一直持续到第一冷却装置200冷却下来，氮气不再形成，且壳体装置之下的氧气含量极低。然后，壳体装置被移除，将冷却隔间进一步冷却至温度低于-140℃后，冷却系统可进入储存样本的操作。

在正常冷却过程中，第一冷却装置被持续地充满液氮，液氮挥发并保持冷却隔间中的氮气氛围。氮气氛围在冷却隔间中具有水平分级的温度，在底部区域中为-190℃，在顶部区域中为-140℃。干燥的、冷的氮气被从冷却隔间推压到上部操作室中，然后从上部操作室排放到环境中。样本的储存和缩减储量在正常冷却过程中自动地实施。如果表示侧壁中发生泄露的非期望的积冰被冷却隔间中的摄像机探测到，泄露处例如通过压入能在泄漏处冻结的液体来密封。

技术检查包括测试冷却系统的传感器、摄像机和供送元件。尤其对于测试传感器而言，液氮在通过第一冷却装置的冷却降低的阶段之后被充满，使用传感器跟踪冷却隔间中所导致的温度变化。

对于维护/修理工作，操作员3步入冷却隔间（见图1）中。由于冷库要在数十年不间断的冷却下操作，因此在维护/修理过程中温度在冷却隔间中不能上升。因此，操作员3穿着自带气体和供电的被加热的防护服。由于冷却隔间没有氧气，为了冷却隔间100中的操作员3的安全，穿着防护服的另一操作员4在上部操作室400中待命。两个操作员3、4保持无线通讯，并通过摄像机系统或穿着防护服的第三操作员5被从外部观察。机械施救系统（钢丝绳绞车）被启动并备用，防护服与施救绳连接。内部温度和呼吸空气供送借助于传感器在防护服中被探测并被传送至使用者和外部工作人员。在降至极限值以下的情况下，危急状态被记录，如果需要则发出警报。

备用操作可被提供作为正常冷却的替代。在冷却装置失效或液氮不足的情况下，冷却隔间被尽可能长时间地保持低温。此时，所有不需要的装置都被关停。不对冷却隔间实施检查。所有开口都被关闭。第一冷却装置的底部槽在可能的情况下通过连接附加的液氮储存器来充满。电辅助冷却被启动。备用操作模式可包括：冷却隔间中的温度在某段时间期间（几天、几周或几个月）上升至-80℃。在备用操作模式中，如果极限值、例如冷却隔间100中的温度被超过，危急状态被记录，如果需要则发出警报。

清除冷却隔间中的样本储存包括预定次序的措施。在上部操作室中建立-50℃至-80℃的温度。样本容器自动地转移至该室，并存放在深冷的运输容器中。为了防止冰析出，运输容器然后被封闭并运走。如果需要，该过程可在上部操作室中由穿着防护服的操作员支持。

2.危急状态

在冷却系统中可由于以下操作状况中的至少一个产生危急情况，所述操作状况包括：第一或第二冷却装置由于冷却剂供送问题和/或由于技术损坏产生的失效、所有冷却装置完全失效而导致温度迅速升高、操作员的防护服的操作故障、电力故障/电短路、冷却系统或环境中的火灾、水的涌入和任何未授权的进入/犯罪行动。

在电力故障或电短路的情况下，氮冷却将不是主要问题。优选地，设置了不可中断的供电装置和紧急供电装置。冷却隔间本身几乎不会发生火灾。只要室内没有氧气，装置底部上也不可能发生火灾。问题通常仅出现于氧气在危急情况下通过通风系统侵入室内的时候。如果此时发生火灾，在冷却系统的室中设置了干粉化学灭火器。另外，在所有室中都有紧急开关，从而可容易地防止由电故障引起的任何可能的火灾。在外部火灾的情况下，消防人员仅需保证必须被设计成能抵抗水渗透的密封的冷却隔间元件是冷却的，从而壁不能被损坏。所述壁应当在外侧具有防火涂层。未授权的进入或犯罪行动借助于传感器（运动传感器、红外探测器）和摄像机被探测，如果需要，用警报装置401（见图1）发出警报。

在与预定正常状态不同的具体情况下（其中，操作员和/或样本在冷却隔间中暴露于操作条件下），危急状态是否被探测到取决于相应的操作状况的持续时间和动作。

一个或多个冷却装置失效的影响取决于冷却装置中的哪一个在冷却隔间中充当主冷却系统和从安全冷却系统。当主冷却装置包括电冷却系统（图1中的第二冷却装置）时，在电力故障或任何其他失灵的情况下将导致冷却隔间在几小时内变热。一旦达到临界温度、例如-138℃，从安全冷却系统（图1中的第一冷却装置）必须投入操作。为了这个目的，液氮被泵入底部槽210中。液氮由冷却系统之外的储存器皿、例如由氮液罐供送。相反，如果主冷却系统通过液氮操作而从安全冷却系统包括电冷却，主冷却系统例如由于液氮供送的中断引起的失效较不严重。只要冷却隔间100中的底部槽210包含液氮，冷却隔间中的操作温度就可保持例如几天直至一周。从安全冷却系统在液氮220从底部槽210完全地蒸发之前开启。

当主冷却的失效是永久性的且不能通过从安全系统补偿、和/或需要在主冷却或从安全冷却系统上进行需要将冷却隔间加热的维修工作时，可发生危急状态。另外，如果所有冷却装置、即主冷却和从安全冷却系统都失效且冷却隔间100中的温度很可能升至-138℃之上时，可发生危急状态。在该情况下，需要将样本撤离，这将通过参照图2和图3在下面阐述。

为了将样本从冷却隔间100撤离，具有撤离口510的撤离容器500在侧壁120的外侧上布置在接合装置128上（图2）。撤离容器500包括热隔离的空间单元，所述空间单元通过开口503朝着壁开口127敞开，且包括用于接收液氮的容器槽501和门504。在容器槽501上方布置有工作平台502、511，所述工作平台502、511从开口503穿过撤离容器500和门504延伸至撤离口510中。气体通道505设置在撤离容器500与撤离口510之间，撤离容器500中产生的氮气通过所述气体通道505经由撤离口510导出。这有益地将潮湿空气的侵入减到最小，从而防止了冰析出。

在危急情况下，样本从冷却隔间100的撤离包括如下步骤。首先，撤离容器500定位在侧壁120的外侧上，且固定和密封到接合装置128上。然后，撤离容器500的内部被冷却下来。通过容器槽501中的液氮，温度被调节成低于-50℃、尤其低于-80℃。然后，壁开口127通过移除壁元件125（见图1）形成。

然后，样本的撤离包括将样本从冷却隔间100中的样本保持装置140上取出并转移到能够滚动的冷柜506（杜瓦柜）中。为了这个目的，穿着防护服的操作员3经由撤离口510和门504进入撤离容器500，并通过壁开口127进入冷却隔间100。有益地，由于撤离容器500与接合装置128之间的紧密联接，样本的撤离可暂时地中断。壁开口127例如可关闭，以便在稍后的时间点处继续撤离。

根据本发明的一个变型，撤离容器500可与侧壁120的外侧固定地连接。在该情况下，可由于冷却隔间100与撤离容器500之间的热隔离的气密连接产生优点。

冷却系统中的操作条件可使得样本或受伤人员必须即刻从冷却隔间100撤离。这例如是如下情况：冷却隔间中的样本由于火灾或机械作用存在被破坏的风险和/或操作员在冷却隔间中受伤。在该情况下，由于根据图2经由撤离容器500撤离需要过多时间，替代性地对操作员和样本进行快速回收。在快速回收过程中，不考虑结冰将样本和/或操作员从冷却隔间100移出，但同时保持对样本的冷却。

为了快速回收，倾斜部520根据图3布置在侧壁120的外侧上，所述倾斜部从侧壁120中的壁开口127的底部边缘引导至冷却系统的周围环境中的地面521。壁开口127和倾斜部520可通过撤离口530包围。通过撤离口530，可在壁开口127的周围环境中提供局部干燥的且（如果需要）冷却的氛围。撤离经由倾斜部520通过以下步骤进行。

探测到危急状态之后，倾斜部520被定位在侧壁120的外侧上。壁元件125被移除，从而形成壁开口127。壁元件125的移除可用机械工具通过手动动作或借助于定向爆破来实现。用机械工具的动作例如可包括切割或机械式压出。

穿着防护服的助手操作员4，可通过壁开口127进入冷却隔间100，以便经由倾斜部520从冷却隔间100移出受伤的操作员3和/或带有样本的搁架141。样本从倾斜部520转移到准备好的用于保护样本的冷柜522中。如果冷却隔间100在探测到危急状态的情况下可用热空气进气填充，助手操作员4就不需要使用防护服。在该情况下，助手操作员4穿着保暖服装和面罩就足够。

图4和图5示意性地示出了在冷却隔间100中使用防护装置600对操作员3的施救。对于本发明的该变型，防护装置600包括经由通风管路620与外部通风系统630连接的防护罩610。防护罩610由在冷却隔间中的操作温度下柔性的材料、例如金属箔制成。在冷却系统的正常状态下，防护罩610在冷却隔间100中处于折叠状态。在危急情况下，防护罩610可由助手操作员4展开，并如下所述用于防护受伤的操作员3。

在冷却隔间100中，操作员3例如可经受昏倒、损伤或者由防护服的操作故障、灯故障或焦虑发作引起的不利影响。操作员3躺在冷却隔间100的底部区域中，不能自救。当探测到这种危急状态时，第一助手操作员4从操作室400经由梯子下到冷却隔间100中，同时第二助手操作员5到位以保证安全。

首先，第一助手操作员4确定危急状态的原因。操作员3的受限程度被传递至第二助手操作员5，如果可能的话也被传递至冷却系统之外的其他助手操作员。如果危急状态由操作员3的防护服的操作故障引起，助手操作员4可临时将他自己的防护服的供送单元与操作员3的防护服连接。

如果操作员3例如由于防护服的基本功能失效而有生命危险，冷却隔间100中的不利的操作条件必须立即、例如一分钟内就提供呼吸空气和升高温度发生改变。为了这个目的，防护罩610被使用。助手操作员4将防护罩610展开在操作员3上方。如果有的话，在此之前可将隔离垫611铺展在底部区域上，以便简化局部氛围的建立。防护罩610经由通风管路620联接至外部通风系统630。所述外部通风系统630包括通风器和加热装置。加热的呼吸空气通过外部通风系统630吹入防护罩610的内部中。在空气通过量高的情况下，局部氛围的加热快得足以使操作员3不需再使用防护服。当使用干燥空气时，不会产生雾气，可打开操作员3的防护头罩。

如果操作员3在恢复后能够行动，他可在再次穿上防护服后使用梯子离开冷却隔间100。相反，如果操作员3不能行动，操作员3首先仍在防护罩610下方，直至另外的助手操作员可进入冷却隔间100，以便通过顶部开口、如果需要的话使用吊索151实施撤离。

根据本发明的一个修改的变型，防护装置可包括用于在冷却隔间100中建立局部防护氛围的可移位的分隔壁640，如图6中示意性地示出。冷却隔间100设有可从上方、例如从操作室400（见图1）嵌入冷却隔间100中的分隔壁640的系统。通过分隔壁640，可形成单独的隔间641，所述单独的隔间641可经由通风管路联接至外部通风系统（未示出）。

冷却隔间100借助于分隔壁640的分区还能够简化样本从冷却隔间100的撤离。例如，通过分隔壁640，可将区域、例如隔间642设置成以热隔离的方式与其余的冷却隔间100隔开。随后，样本可从隔开的区域通过提升起来、例如穿过顶部开口131（见图1）来撤离。在冷却隔间系统具有多个一个接一个布置或一个绕着一个布置的冷却隔间的情况下，样本可以成架地或单独地以快速和容易的方式水平地移位，同时拉起或降低分隔壁640直至样本处于隔间642中。然后，整个撤离可从隔间642实施，所述隔间642例如可与样本一起完全地移除（提升起来、移位、运走）。

图7以示意性的剖视图示出了设有提升装置700的冷却系统1。冷却系统1装配有坚固的框架720和基板730。通过提升装置700，可改变冷却隔间100的操作高度，例如以便保护冷却系统1来抵抗涌水。提升装置700例如包括液压操作式承载装置710和/或起吊装置（未示出）。基板730可通过液压操作式承载装置710提升。框架720设有接合元件721，所述接合元件721使得冷却系统1能够通过起吊装置提升。

当冷却系统1具有标准运输容器的尺寸时，通过起吊装置提升冷却系统1是优选的。否则，提升通过适于提升高度例如为1米至2米范围内的液压操作式承载装置710来实施。替代性地，可通过起吊装置提供冷却隔间的部件、例如隔间642（见图6）的提升。

图8示意性地示出了壳体装置800，可借助于所述壳体装置800建立系统的防护氛围。壳体装置800被构造成能用防护氛围进气填充整个冷却系统。壳体装置800例如可提供抵抗从上方渗水和/或其他天气现象的防护。

壳体装置800包括气密的、柔性的箔810，所述箔810经由空气供送装置820与通风装置830连接，且通过固定元件850固定在冷却系统1的环境中的地面上。所供送的空气可通过空气出口840流出。箔810例如由塑料作为单层或作为多层复合箔构成，所述塑料比如是聚烯烃（例如聚乙烯）、聚丙烯或聚碳酸酯。

本发明的在上述说明、权利要求和附图中公开的特征在单独地或组合地以本发明的各种设计实施本发明方面都可能是重要的。

Claims (18)

1.一种冷却系统（1），所述冷却系统（1）尤其是用于生物样本（2）的低温贮藏，所述冷却系统（l）包括：

-冷却隔间（100），其由底部区域（110）、侧壁（120）和顶部区域（130）限定，和

-冷却装置（200），其被设置用于用液氮（220）冷却所述冷却隔间（100），

其特征在于，

-侧壁（120）中的至少一个包括预定的至少一个壁元件（125），所述壁元件（125）是侧壁（120）中的所述至少一个的子区域，且能够相对于相应的侧壁（120）移动，使得能够在侧壁（120）中形成壁开口（127）。

2.如权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述至少一个壁元件（125）

-是侧壁（120）的可拆卸的壁模块，

-能够垂直于侧壁（120）移位，

-能够由操作员（3）手动地移动，和/或

-能够与侧壁（120）分离。

3.如前面权利要求中任一所述的冷却系统，其特征在于，在具有所述至少一个壁元件（125）的侧壁（120）的外侧设有：

-用于撤离容器（500）的接合装置（128），和/或

-倾斜部（520），其从壁元件（125）或壁开口（127）的底部边缘下降到冷却系统（1）的周围环境中的地面上。

4.如权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，

-所述接合装置（128）被构造成：用于使冷却隔间（100）与撤离容器（500）相对于冷却系统（1）的周围环境以热隔离和气密的方式连接。

5.如前面权利要求中任一所述的冷却系统，其特征在于，

-警报装置（401）设置在冷却隔间（100）中，所述警报装置（401）被构造成用于针对到冷却隔间（100）的内部中的任何不期望的进入产生警报。

6.如前面权利要求中任一所述的冷却系统，其特征在于，

-防护装置（600）设置在冷却隔间中，所述防护装置（600）被构造成用于在操作员（3）的周围中产生局部防护氛围。

7.如权利要求6所述的冷却系统，其特征在于，

-所述防护装置（600）包括能够在冷却隔间中移动的防护罩（610），其中，

-设置了外部通风系统（630），所述外部通风系统（630）适于用加热的空气进气填充防护罩（610）的内部。

8.如权利要求6或7所述的冷却系统，其特征在于，

-所述防护装置（600）包括能够在冷却隔间中移位的可移动的分隔壁（640），隔间（641、642）能够通过所述分隔壁（640）在冷却隔间（100）中建立，其中，

-设置了外部通风系统（630），所述外部通风系统（630）适于用加热的空气进气填充所述隔间（641、642）的内部。

9.如权利要求6至8中任一所述的冷却系统，其特征在于，

-所述防护装置（600）设有隔离垫（611），操作员（3）能够通过所述隔离垫（611）与底部区域（110）热隔离。

10.如前面权利要求中任一所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统包括：

-提升装置（700），其适于改变冷却隔间（100）或冷却隔间（100）的部件相对于冷却系统（1）的周围环境中的地面的操作高度。

11.如权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，

-所述提升装置（700）包括起吊装置和/或液压操作式承载装置（710）。

12.如前面权利要求中任一所述的冷却系统，其特征在于，

-设置了壳体装置（800），所述壳体装置（800）被构造成用于建立系统的围绕冷却系统（1）的防护氛围。

13.一种用于操作如前面权利要求中任一所述的冷却系统（1）的方法，具有如下步骤：

-探测冷却系统（1）的危急状态，在危急状态下，操作员（3）和/或样本（2）在冷却隔间（100）中暴露在与预定的正常状态不同的操作条件下，以及

-改变操作员（3）和/或样本（2）的状态，以便使操作员和/或样本暴露在与正常状态等效的操作条件下。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，改变操作员（3）和/或样本（2）的状态包括：

-在侧壁（120）中的至少一个中形成壁开口（127），且操作员和/或样本通过所述壁开口（127）从冷却隔间（100）撤离，

-通过防护装置（600）在冷却隔间中在操作员（3）的周围建立局部防护氛围，

-使用提升装置（700）来改变冷却隔间（100）或冷却隔间（100）的部件相对于冷却系统（1）的周围环境中的地面的操作高度，和/或

-通过壳体装置（800）建立系统的围绕冷却系统（1）的防护氛围。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成壁开口（127）和撤离操作员（3）和/或样本（2）包括：

-使用杜瓦瓶将样本（2）通过壁开口（127）运送到撤离容器（500）中。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，建立局部防护氛围包括：

-用能够在冷却隔间中移动的柔性的防护罩（610）覆盖操作员（3）或通过能够在冷却隔间中移位的可移动的分隔壁（640）形成容纳操作员的隔间（641、642），以及

-用加热的空气进气填充所述防护罩（610）或所述隔间（641、642）的内部。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，

-冷却隔间（100）的操作高度通过起吊装置和/或液压操作式承载装置（710）改变。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，建立系统的防护氛围包括：

-用气密的箔（810）覆盖冷却系统（1），以及

-用加热的空气进气填充由气密的箔（810）所覆盖的空间。

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