CN110892214A - 冷却装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种装置，特别是一种用于生物样品研磨设备的装置，包括第一壳体(18)，所述第一壳体(18)包括内部腔室(32)，所述内部腔室(32)用于容纳能够在常温常压下通过升华而制冷的材料(57)，所述第一壳体(18)还包括开口(30)，该开口(30)用于与第二壳体(20)的内部腔室通过所述第二壳体(20)的开口(36)流体连通；所述装置还包括：空气回路，所述空气回路使得外部空气与所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)连通；鼓风装置(76)，以使从外部进入的空气在所述空气回路中循环到所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)中。
Description
技术领域
本发明涉及冷却装置领域，具体地，涉及一种用于生物样品研磨设备的冷却装置。
背景技术
样品研磨设备是现有技术中已知的，尤其是从文献EP2035146中已知的，其主要包括板，该板在其外围支撑样品管，并安装在轴的末端，该轴在偏心驱动器的电动机驱动下，围绕轴的轴线的旋转中心进行振荡运动。考虑到管中包含的研磨样品，枢轴盖由固定体支撑并覆盖该板。
为了避免管中容纳的样品在高温研磨过程中负载在玻璃、陶瓷微珠或管子中包含的任何其他合适的材料上，在管子的振荡区域周围设置有冷却装置。通常通过将冷却装置连接到特定的城市管道来产生冷源，该城市管道提供经过过滤的没有水分的冷却空气。事实证明，冷却空气中不存在水分是避免管壳内部结霜的重要因素。然而，在某些地理位置上，与冷网络的连接可能被证明是困难的，甚至是不可能的，这妨碍了研磨设备的最佳使用。
发明内容
为此，提出了一种装置，特别是一种用于生物样品研磨设备的装置，所述装置包括第一壳体，所述第一壳体包括内腔室，所述内腔室用于容纳能够在常温常压条件下通过升华而制冷的材料，所述第一壳体还包括开口，该开口用于与第二壳体的内腔室通过所述第二壳体的开口流体连通，所述装置还包括：空气回路，该空气回路使外部空气与第一壳体的内腔室连通；鼓风装置，可以使空气回路中的空气从外部循环到第一壳体的内部腔室。可以设置用于测量第二壳体的腔室中温度的温度测量装置，并且还可以设置根据第二壳体的腔室中的温度控制鼓风装置的装置。
因此，第一壳体和第二壳体通过开口和控制向第一壳体的腔室供应的气流而彼此流体连通，即旨在与能够通过升华而制冷的材料接触，使得可以向第二壳体的腔室提供冷气流，该冷气流是根据第二壳体的腔室的温度控制的。材料的升华使得可以降低供应第二壳体的腔室的冷空气中水的饱和分压，这使得可以降低第二壳体的腔室中的露点温度。因此，所述装置通过降低第二壳体的腔室中的露点温度来起作用，因为降低了第二壳体与冷空气接触的壁的所允许的最低温度，由于其温度高于露点温度，所以这些壁不能冷凝包含在空气中的水蒸气。
更具体地，能够通过升华而制冷的材料可以是固体形式的CO2，更具体地是干冰。
术语“常温常压条件”是指在实验室中使用所述装置的环境温度和压力，特别是温度接近20℃，压力接近标准大气压，大约1个大气压，即101325bar。
本公开还涉及一种装置，所述装置包括第一壳体，所述第一壳体包括内部腔室，所述内部腔室用于容纳能够在常温和常压条件下通过升华而制冷的材料，并且包括开口。所述装置可以进一步包括空气回路，所述空气回路使外部空气与第一壳体的内部腔室连通。它还可以包括鼓风装置，使得空气回路中的空气可以从外部循环到第一壳体的内部腔室中。
以下特征同样适用于上述装置。这些装置可以用作冷却装置。
优选地，第一壳体的开口，例如能够使得通过第二壳体的开口与第二壳体的内部腔室流体连通。
根据另一方面，空气回路可以容纳鼓风装置，并且可以包括通向第一壳体的上部的出口。
在一种具体实施方式中，空气回路包括上游导管，所述上游导管的上游端通向外部空气。
在另一种实施方式中，导管的下游端可以通向双壁盖的内腔，所述双壁盖可以包括内壁，所述内壁可以包括通向第一壳体的内部腔室的多个通道。这种构造使得空气可以在第一壳体的腔室中均匀地分布，从而确保空气与能够升华的材料均匀接触。
所述上游导管可以容纳鼓风装置并且可以固定到第二壳体。所述鼓风装置还可以连接到同样由第二壳体支撑的供电装置。这种类型的构造使得第一壳体的设计可以不受与电力使用相关的限制，因为它不包括电气构件。
在一种具体实施方式中，所述鼓风装置包括设置在所述空气回路的入口处的通风机。
有利地，第一壳体的内部腔室内固定地或可拆卸地安装有用于容纳所述材料的杯状件，并且所述杯状件可以包括具有多个孔的下壁，所述杯状件优选地与第一壳体的底壁间隔开具有一定距离，所述第一壳体的所述开口形成于所述底壁上。这种设置可以使得能够升华的材料保持在距底壁一定距离处，以确保从第一壳体到另一壳体(例如第二壳体)的最佳空气循环，例如，通过能够升华的材料的空气循环。
可以在杯状件和第一壳体的底壁之间围绕第一壳体的开口设置隔热装置，以确保冷空气的密封并限制向第一壳体外部的热传导。
在更具体的配置中，第一壳体，例如可拆卸地设置在第二壳体上方，并且第一壳体的所述开口可以形成在底壁或下壁中，第二壳体的开口可以例如形成在第二壳体的上壁中。
根据另一方面，用于测量温度的装置包括温度传感器，所述温度传感器由第二壳体的内表面承载，并且优选地在第二壳体的开口附近。
可能有利的是在第二壳体的内部腔室中具有用于支撑容纳生物样品的管的板，例如，提供了用于驱动板围绕旋转中心振荡运动的装置。由所述装置产生的并且在管周围循环的冷气的湿度足够低，使得露点温度可以降低到第二壳体内部腔室的所需温度以下。
有利地，第二壳体的腔室与外部空气流体连通，这使得可以将腔室设置为外部压力。因此，能够升华的材料的分压增加，并将总压力维持在外部压力，使得可以降低第二壳体腔室中的蒸气分压。
本公开还涉及一种上述装置的运行方法，包括以下步骤：
-将能够在常温常压条件下通过升华而制冷的材料(例如固体形式的二氧化碳)填充到第一壳体的内部腔室中，
-确定第二壳体的腔室所要达到的目标温度，
-启动所述装置，以通过控制向第一壳体的腔室供应的气流，将第二壳体的腔室的温度保持在目标温度。
在使用样品研磨设备开始研磨循环之前，将吹到固体形式的二氧化碳上的外部空气吹向第二壳体的腔室可以使得第二壳体的腔室温度下降，并且通过引入CO2来降低露点，避免了第二壳体的腔室因蒸气压的大幅降低而出现的凝结或结霜，第二壳体腔室内的总压力通过外部开口保持与大气压相等。
一旦第二壳体的腔室冷却下来，研磨循环就开始了。在研磨过程中，通过对二氧化碳进行鼓风，并且通过支撑所述管的所述板来扰动第二腔室内的空气，以及利用金属部分通过所述管支撑板本身显著的热惯性，来维持第二壳体的腔室内的温度。
在阅读下面参考附图的非限制性示例的描述时，可以更好地理解本发明，并且显示出本发明的其他细节、特征和优点。
附图说明
图1是生物样品研磨装置的透视示意图，在该装置上装有用于冷却所述生物样品的装置；
图2是根据本发明的装置的截面示意图；
图3是图2的装置的透视示意图，未示出盖；
图4是透视示意图，并且与图3中装置的杯状件隔热；
图5是图3中装置的透视示意图，其中杯状件已被移除；
图6是组装到生物样品研磨设备期间的冷却装置透视示意图；
图7是从后方看到的本发明装置的透视示意图；
图8是从底部看到的本发明的冷却装置的第一壳体的透视示意图；
图9是图2中冷却装置的盖的透视示意图；
图10是一个已知的图表，表示在1atm压力下，几个湿度百分点的露点(单位为℃)随空气温度的变化；
图11是水的饱和蒸气压的变化曲线图。
具体实施方式
图1表示组件10，其包括生物样品研磨设备12和设置在样品研磨设备12上方的冷却装置14。组件10包括样品研磨设备12及制冷装置14的控制面板16。
制冷装置14包括第一壳体18，该壳体设置在样品研磨设备12所属的第二壳体20上方。如图1和2所示，第一壳体18或者上部壳体由第二壳体20或者下部壳体可拆卸地支撑(图6)。可以通过锁定构件22将第一壳体18锁定在第二壳体20的安装位置上(图7)。
第一壳体18包括在垂直方向A上延伸的侧环形壁24和连接至侧环形壁24的下边缘的底壁26，该底壁26的形状与第二壳体20或者下部壳体的上壁28基本互补。上部壳体18的底壁26或下壁包括出口开口30，该出口开口30通过下部壳体20的上壁28的入口开口36在上部壳体18的内部腔室32和下部壳体20的内部腔室34之间建立流体连通。下部壳体20的上壁28在其周界与基本沿竖直方向A延伸的侧环形壁38相连。如图2所示，下壁26或者上部壳体18的底壁安装在适配部件39上，从而可以实现第一壳体18和第二壳体20之间的形状耦合。该适配部件39使得可以将上部壳体18通过锁定构件22固定在下部壳体20上。该部件39可以包括中央管状部分40，该中央管状部分40接合在下部壳体20的开口36中并且容纳夹紧螺母42。值得注意的是，该螺母42使得可以将上壁28、界定的内部腔室34的上壁41和壁39夹紧在一起。在实践中，应当理解，第二壳体20是双壁的。另外，应注意的是，下部壳体20的内部腔室34包括用于测量腔室34中温度的装置44，该温度测量装置44可以是数字式传感器，并由界定内部腔室34的壳体20的内壁表面固定，并设置在下部壳体20的开口36附近。用于测量温度的装置44连接至用于控制气流的装置46，该气流用于供应上部壳体18的腔室32。
下部壳体20由可拆卸的盖和底盘的一部分47形成。可拆卸的盖可以旋转安装在组件10的流线型下部底盘48上(图1)。下部壳体20界定内部腔室34，在内部腔室34中布置有板50，该板50在其外围支撑样品管52，并且安装在轴54的端部上，驱动该轴54围绕位于轴54轴线的旋转中心作振荡运动。电动机置于流线型底盘48内，并且使其能够振动驱动板50，从而驱动管52。当接通时，第二壳体20或下部壳体的侧壁38的下边缘支撑在底盘47上，并因此覆盖板50和管52，以研磨容纳在管52中的样品。
第一壳体18或上部壳体包括一个围绕基本水平的轴旋转的盖56。外部环形壁24、底壁26和盖56共同界定了内部腔室32，该腔室内可拆卸地安装有杯状件58，用于容纳能够在常温和常压条件下通过升华而制冷的材料57。能够升华的材料57优选为固态或干冰形式的CO2，其具有易于在实验室中处理的优点。
如图4所示，杯状件58包括截断的环形壁60，该环形壁的内部环形边缘与圆形壁62连接，该圆形壁62包括凹形内表面和凸形外表面。换句话说，弧形或圆形壁62的凸面朝向外部，即朝向第二壳体的内部腔室34。圆形壁62或下壁包括多个孔口64。截断的环形壁60的外部环形边缘与具有环形凸缘68的侧环形壁66连接，该环形凸缘68用于支撑在侧壁24的上端。环形凸缘68包括用于使螺钉穿过的孔，以将凸缘固定在第一壳体18的侧壁24的上端。凸缘68还包括在其圆周上分布的凸耳71，在本例中为三个凸耳。这些凸耳71使得由盖56支撑的固定件可以被夹紧。
弯曲的(incurvées)或弯曲的(courbes)叶片70形成在杯状件58内，并从弯曲壁62延伸到杯状件58的侧环形壁66。这些叶片70确保了能够升华的材料57在处理期间保持基本均匀地分布在杯状件58中。杯状件58由从第一壳体18的底壁26突出的结构件72支撑(图5)。
优选地，在嵌入的壳体74中，在杯状件58和第一壳体18的底壁26之间围绕在第一壳体18的开口30设置隔热装置，并且在杯状件58和侧壁24之间设置隔热装置，以限制由于向外界传导冷量而造成的热量损失。
为了建立从外部到第一上部壳体的内部腔室32的空气循环，根据本发明的装置包括空气回路以及鼓风装置76，使得可以建立所需的气流方向(图2、3、5和7)。
用于向第一壳体18的内部腔室32供应空气的空气回路由两部分组成，上游部分由固定在下部壳体20上的导管78形成，更具体地说，由固定在下部壳体20的上壁28上的导管78形成，下游部分由盖56形成。上游导管78在其向外部空气开口的上游端附近容纳鼓风装置76。应当注意的是，鼓风装置76由下部壳体20支撑，因此其供电可以通过用于给样品研磨装置12供电的装置来实现。因此，对于研磨装置12的操作而言可选的上部壳体18可以设计为不含任何电气连接构件或元件，这极大地简化了上部壳体18的制造。
如图6和图7所示，下部壳体20的导管78形成在壳体20的上壁28的边缘，并且具有与上部壳体18的侧环形壁24的加强件基本互补的形状。导管78的下游端接合在盖56的开口中，以便在外部空气和盖56的腔之间建立空气连通(图8和9)。盖56的该腔被界定在外壁80和内壁82之间，该内壁包括圆形的第一中央通道84和椭圆形的第二通道86，第二通道86的最大尺寸相对于第一通道84基本呈径向延伸。在盖56的内壁82的开口或凹口与第一通道84之间形成第三通道88。可以看出，盖56可以具有大致呈圆形的形状。
如下所述实现空气循环。鼓风装置76沿上游导管78中的空气循环方向脉冲，直至进入盖56的空腔。随后，空气穿过盖56的内壁的通道与置于杯状件58中的材料57循环接触，该杯状件安装在上部壳体的腔室中。在与空气接触时，材料57依据进入内部腔室32中的气流而或多或少升华。当受到置于管52中的样品的研磨作用时，来自材料57升华的冷空气随后通过杯状件58的孔64循环到上部壳体18的开口30和第二壳体20的开口36中，直至腔室34，以便在那里使管冷却。
为了实现上部壳体18的腔室32的最佳冷空气供应，鼓风装置76由控制装置46控制，从而可以根据下部壳体18的腔室34中的温度控制脉冲进空气回路中的外界空气量。可以通过PWM(pulse width modulation，脉冲宽度调制)型控制来执行通风机的控制。
在一个实施例中，在标准实验室条件下使用根据本发明的装置：外部空气的温度大约为20℃，湿度为50％，露点温度为+10℃，固态CO2升华产生的气态CO2是流动空气的两倍。因此，在所获得的空气/CO2混合物中，水蒸气的稀释导致其饱和分压下降，从而达到-10℃的露点温度(图10)。可以从图11理解到，第二壳体20的腔室34中水蒸气分压的下降使得露点温度可以降低。
应当注意的是，由于鼓风装置产生的压力增加较低而且存在朝向外部的空气出口孔，其尺寸足以将空气排向外部空气并使腔室34中的总压力维持在外部压力，因此将空气供应到上部壳体20的腔室34中不会在该腔室34中引起任何明显的过压。因此，由于腔室34的不封闭设计和鼓风装置的低流量，腔室34中的压力总是等于外部压力，即腔室内部为大气压1013mbar，这使得可以通过干冰升华增加的CO2来降低露点温度。
实际上，干冰的升华在第二腔室中产生一定量的CO2，这大大稀释了第二腔室内的蒸气压，进而稀释了冷凝和结霜的饱和压力。由于第二个腔室不是封闭的，因此始终存在：Patm＝Pair+Pvap＝1013mbar或Pvap＝Psat×HR(相对湿度)。
随着干冰的升华，存在：Patm＝Pair+Pvap+PCO2＝1013mbar。
因此，蒸气压将大幅下降，例如下降至1mbar，因此饱和压力会非常低，例如50％相对湿度和负露点的实验室气氛的饱和压力为200Pa。
如果本发明中第一壳体设置在第二壳体上方以具有良好的设备兼容性和冷空气从顶部到底部的流动性的构造特别有用，则应理解为，本发明可以通过在空间中以不同的方式布置(例如并排布置)第一壳体和第二壳体来发挥作用。本发明还涵盖了出口开口30和入口开口36通过柔性或刚性导管相互连接的实施方式，通常通过任何方式使得能够在第一壳体18的腔室32与第二壳体20的腔室34之间产生冷气流。
Claims (14)
1.一种装置，特别是一种用于生物样品研磨设备的装置，包括：
第一壳体(18)，所述第一壳体(18)包括内部腔室(32)，该内部腔室(32)用于容纳能够在常温常压条件下通过升华而制冷的材料(57)，所述第一壳体(18)还包括开口(30)，该开口(30)用于与第二壳体(20)的内部腔室通过所述第二壳体(20)的开口(36)流体连通；
该装置进一步包括：
空气回路，以使外部空气与所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)连通；
鼓风装置(76)，以使空气在所述空气回路中从外部循环到所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)；以及，
用于测量所述第二壳体(20)的所述腔室中温度的装置(44)和用于根据所述第二壳体(18)的所述腔室中的温度控制所述鼓风装置(76)的装置(46)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述空气回路容纳所述鼓风装置(76)，并且所述空气回路包括通向所述第一壳体(18)上部的出口。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述空气回路包括上游导管(78)，所述上游导管(78)的上游端通向外部空气。
4.根据权利要求3所述的装置，其中，所述导管(78)的下游端通向双壁盖(56)的内腔，所述双壁盖(56)的内壁(82)包括通向所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)的多个通道(84,86,88)。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其中，所述上游导管(78)容纳所述鼓风装置(76)，并且所述上游导管(78)固定在所述第二壳体(20)上，所述鼓风装置(76)与同样由所述第二壳体(20)支撑的供电装置连接。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述鼓风装置(76)包括设置在所述空气回路入口处的通风机。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)内固定地或可拆卸地安装有用于容纳所述材料(57)的杯状件(58)，所述杯状件(58)包括具有多个孔(64)的下壁(26)，所述杯状件(58)与所述第一壳体(18)的底壁(26)间隔开一定距离，所述第一壳体(18)的所述开口(30)形成于所述底壁(26)上。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述杯状件(58)与所述第一壳体(18)的底壁(26)之间围绕所述第一壳体(18)的所述开口(30)设置有隔热装置。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述第一壳体(18)设置在所述第二壳体(20)上方，并且所述第一壳体(18)的所述开口形成在底壁(26)或下壁上，并且，所述第二壳体(20)的所述开口(36)形成在所述第二壳体(20)的上壁(28)上。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述第一壳体(18)可拆卸地安装在所述第二壳体(20)上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，用于测量温度的装置(44)包括温度传感器，所述温度传感器支撑于所述第二壳体(20)的内表面并且靠近所述第二壳体(20)的所述开口(36)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二壳体(20)的腔室内设有板(50)，所述板(50)用于支撑容纳生物样品的管(52)，并设有用于驱动所述板(50)围绕旋转中心振荡运动的装置。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述第二壳体(20)的所述腔室(34)与外部空气流体连通。
14.根据前述权利要求中任一项所述的装置的运行方法，包括以下步骤：
-在所述第一壳体(18)的所述内部腔室(32)中填充能够在常温常压下通过升华而制冷的材料(57)，例如固体形式的二氧化碳，
-确定所述第二壳体(20)的所述腔室(34)要达到的目标温度，
-启动所述装置，通过控制向所述第一壳体(18)的所述腔室(32)供应的气流，将所述第二壳体(20)的所述腔室(34)的温度保持在目标温度。
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