CN111998616A - 一种升华脱水装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升华脱水装置，其包括加热供给装置；升华工作箱；真空管，其包括外管及套设于外管内部的内管，外管与内管之间设置有真空层，内管的内部设有内腔，且内管与内腔之间设置有隔热层；真空管的两端分别与加热供给装置及升华工作箱连通；其中，加热供给装置加热气态氮，并将加热后的气态氮沿内腔输送至升华工作箱，气态氮在升华工作箱内流动并覆盖在冻融物料的表面；本发明中真空管的管体结构设置了外管及内管，且在外管与内管之间设置了真空层，在内管的内部设置有内腔，且在内腔设置有隔热层，能够有效地阻隔气态氮与内壁之间发生热交换，使得气态氮的温度控制更加灵敏。

Description

一种升华脱水装置

技术领域

本发明涉及细胞保存技术领域，特别是涉及一种升华脱水装置。

背景技术

常用冻融物料如冻融细胞等的脱水方法为将冻融物料置于常压氮气环境内，控制氮气温度的升降，使冻融物料内的固态水升华，冻融物料脱水，该方法对应的升华脱水装置由控制器控制蒸发器将液氮蒸发以营造氮气环境，及控制加热器执行对升华腔内氮气的温度控制，实现对升华腔内冻融物料的常压升华脱水；然而，现有升华脱水装置中真空管的内壁直接与氮气接触，加热后的氮气所蕴含的热量被内壁直接吸收，导致氮气温度控制的时敏性降低而影响冻融物料的升华脱水进程。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中存在的问题，升华脱水装置中的真空管内壁吸收氮气的热量而导致氮气温度控制的时敏性降低，提出一种隔热效果更好的升华脱水装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种升华脱水装置，其包括：加热供给装置；升华工作箱；真空管，其包括外管及套设于所述外管内部的内管，所述外管与所述内管之间设置有真空层，所述内管的内部设有内腔，且所述内管与所述内腔之间设置有隔热层；所述真空管的两端分别与所述加热供给装置及所述升华工作箱连通；其中，所述加热供给装置加热气态氮，并将加热后的气态氮沿所述内腔输送至所述升华工作箱，气态氮在所述升华工作箱内流动并覆盖在冻融物料的表面。

作为优选方案，所述隔热层为隔热材料管道层或涂料层。

作为优选方案，所述升华工作箱内部设有进气口及出气口，所述升华工作箱内位于所述进气口及所述出气口之间设有用于承载冻融物料的载物台，所述升华工作箱的内部位于所述进气口与所述载物台之间设有能够使气态氮均匀覆盖冻融物料表面的进气平衡层。

作为优选方案，所述升华工作箱内部位于所述载物台与所述出气口之间设有用于能够使气态氮均衡流动至所述出气口的排气平衡层。

作为优选方案，所述进气平衡层及所述排气平衡层均为棉花团或立体网格。

作为优选方案，所述升华工作箱内位于所述进气平衡层及所述进气口之间还设有使气态氮分流的分流板。

作为优选方案，所述加热供给装置包括用于承装液态氮的蒸发箱、用于将液态氮蒸发为气态氮的蒸发器及用于加热气态氮的加热器；其中，所述蒸发器安装于所述蒸发箱内部，所述蒸发箱上设有输气口，所述输气口与所述真空管的一端连通，所述加热器设置于所述内腔内。

作为优选方案，还包括控制器，所述控制器分别与所述蒸发器及所述加热器电连接，所述控制器设定所述蒸发器的蒸发功率与蒸发时间及设定所述加热器的加热功率与加热时间。

作为优选方案，所述控制器还电连接有一温度传感器，所述温度传感器设于所述出气口处，所述温度传感器用于检测气态氮从所述升华工作箱出来时的温度。

作为优选方案，所述加热供给装置还包括用于检测所述蒸发箱内的液态氮液面的液位计，所述液位计一端伸入所述蒸发箱内部，所述液位计的另一端暴露在所述蒸发箱外部。

本发明实施例提出了一种升华脱水装置，与现有技术相比，其有益效果在于：

加热供给装置能够持续供给加热后的气态氮，气态氮经真空管进入升华工作箱，在升华工作箱内流动并覆盖在冻融物料的表面，冻融物料内的固态水吸收气态氮的热量而升华，冻融物料脱水；本发明中真空管的管体结构设置了外管及内管，且在外管与内管之间设置了真空层，在内管的内部设置有内腔，且在内腔设置有隔热层，能够有效地阻隔气态氮与内壁之间发生热交换，使得气态氮的温度控制更加灵敏。

附图说明

图1是本发明实施例的一种升华脱水装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的一种升华脱水装置的内部结构示意图；

图3是本发明实施例的一种升华脱水装置的真空管管壁的结构示意图；

图中，1、加热供给装置；11、蒸发箱；12、蒸发器；13、加热器； 14、控制器；15、温度传感器；16、液位计；17、液氮储罐；2、升华工作箱；21、载物台；22、进气平衡层；23、排气平衡层；24、分流板；25、物料进出口；3、真空管；31、外管；32、真空层；33、内管； 34、隔热层；35、内腔；4、排气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1-图3所示，本发明实施例优选实施例的一种升华脱水装置，其包括：加热供给装置1；升华工作箱2；真空管3，其包括外管31 及套设于外管31内部的内管33，外管31与内管33之间设置有真空层 32，内管33的内部设有内腔35，且内管33与内腔35之间设置有隔热层34；真空管3的两端分别与加热供给装置1及升华工作箱2连通；其中，加热供给装置1加热气态氮，并将加热后的气态氮沿内腔35输送至升华工作箱2，气态氮在升华工作箱2内流动并覆盖在冻融物料的表面。

基于上述技术方案，加热供给装置1能够持续供给加热后的气态氮，气态氮经真空管3内的内腔35进入升华工作箱2，在升华工作箱 2内流动并覆盖在冻融物料的表面，冻融物料内的固态水吸收气态氮的热量而升华，冻融物料脱水；本发明中真空管3的管体结构设置了外管31及内管33，且在外管31与内管33之间设置了真空层32，在内管33的内部设置有内腔35，且在内腔35上设置有隔热层34，能够有效地阻隔气态氮与内壁之间发生热交换，使得气态氮的温度控制更加灵敏。

具体地，隔热层34为隔热材料管道层或涂料层，本实施例优选地隔热层34为气溶胶涂料层，将气溶胶涂抹在内管33的内壁上，能很好地阻隔气态氮与内管33的内壁之间发生热交换，避免了在真空管道内输送时气态氮的温度降低，导致气态氮温度控制的时敏性降低及液态氮的大幅度消耗，从而影响升华脱水的进程。

本实施例中升华工作箱2内部设有进气口及出气口，升华工作箱2 内位于进气口及出气口之间设有用于承载冻融物料的载物台21，升华工作箱2的内部位于进气口与载物台21之间设有能够使气态氮均匀覆盖冻融物料表面的进气平衡层22，气态氮经过进气平衡层22后，能够均匀覆盖在冻融物料的表面，使冻融物料表面的固态水均匀受热、升华，冻融物料脱水，脱水效果甚佳；本实施例在升华工作箱2内部位于载物台21与出气口之间也设有用于能够使气态氮均衡流动至出气口的排气平衡层23，以维持在排气时气体流动的平稳性，出气口还连通有一排气管4；具体地，进气平衡层22及排气平衡层23均为热容量小的立体网格如聚四氟乙烯或棉花团，棉花团及立体网格均能够减缓气体的流动速率，气体经过棉花团及立体网格后的流动更均衡平稳，如在本实施例中气态氮从进气口进入升华工作箱2内，经过棉花团或立体网格后，均匀覆盖在冻融物料的表面，冻融物料内的固态水均匀受热、升华，冻融物料脱水；而在排气时，气态氮及水蒸气经过棉花团或立体网格后，平稳地从出气口及排气管4排出；本实施例优选地进气平衡层22及排气平衡层23统一为棉花团或立体网格，以使气体在经过进气平衡层22及排气平衡层23时所受的阻力一致，气体的流动速率相对一致，避免了气体在升华工作箱2内滞留及气体排出过快，而影响升华脱水的效果。

进一步地，升华工作箱2上位于进气平衡层22及进气口之间还设有使气态氮分流的分流板24，分流板24正对进气口设置，能将自进气口进入的气态氮阻隔成几股支流，在一定程度上减缓了气态氮的流动速率，使气态氮充盈升华工作箱2的腔室；升华工作箱2的侧部还设有与载物台21对应设置的物料进出口25，以方便将冻融物料放入载物台21及将升华脱水后的冻融物料取出。

本实施例中，加热供给装置1包括蒸发箱11、蒸发器12及加热器 13，本实施例优选地蒸发箱11的内部为真空腔，蒸发箱11用于承装液态氮；蒸发器12将液态氮蒸发为气态氮，营造氮气环境；加热器13 加热气态氮，控制气态氮的温度；具体地，蒸发器12安装于蒸发箱11 内部，蒸发箱11上设有输气口，输气口与真空管3的一端连通，而加热器13设置在内腔内，以使加热气态氮的效果更好。

进一步地，本实施例还包括控制器14，控制器14分别与蒸发器 12及加热器13电连接，控制器14设定蒸发器12的蒸发功率与蒸发时间及设定加热器13的加热功率与加热时间，以便蒸发器12及加热器 13能够相互配合，共同营造适合的氮气环境。升华脱水过程需要严格控制冻融物料的温度，通过升温和极低水蒸气分压环境的维持来提供升华动力，也常用吸附或者冷凝的方法去除水蒸气；若不能维持温度的持续升温，升华时冻融物料的温度降低，将出现反复的升华水蒸气重新结晶，不利于如冻融细胞生理功能的保真；因此，控制器14还电连接有一温度传感器15，温度传感器15设于出气口处，温度传感器 15用于检测气态氮从升华工作箱2出来时的温度，并将检测结果反馈至控制器14，方便控制器14实时对蒸发器12及加热器13进行控制，本实施例的温度控制过程为：在冻融物料升华脱水的全程中，冻融物料的温度和氮气环境的温度维持单方向的上升，直至冻融物料完成脱水。

加热供给装置1还包括用于检测蒸发箱11内的液态氮液面的液位计16，液位计16一端伸入蒸发箱11内部，液位计16的另一端暴露在蒸发箱11外部；蒸发箱11的一侧还连通有一液氮储罐17，以便及时往蒸发箱11内补充液态氮。

本发明的工作过程为：

将冻融物料经物料进出口25放置在载物台21上，控制器14控制蒸发器12及加热器13启动，蒸发器12将蒸发箱11内的液态氮蒸发为气态氮，气态氮经真空管3输送至升华工作箱2，并先后经过分流板24、进气平衡层22后，均匀覆盖在冻融物料的表面，冻融物料内的固态水均匀受热、升华，冻融物料脱水；之后，水蒸气及气态氮经过排气平衡层23后，平稳地从排气管4排出；最后，将升华脱水后的冻融物料从物料进出口25取出。

综上，本发明实施例提供了一种升华脱水装置，其有益效果在于：

加热供给装置能够持续供给加热后的气态氮，气态氮经真空管进入升华工作箱，在升华工作箱内流动并覆盖在冻融物料的表面，冻融物料内的固态水吸收气态氮的热量而升华，冻融物料脱水；本发明中真空管的管体结构设置了外管及内管，且在外管与内管之间设置了真空层，在内管的内部设置有内腔，且在内腔上设置有隔热层，能够有效地阻隔气态氮与内壁之间发生热交换，使得气态氮的温度控制更加灵敏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种升华脱水装置，其特征在于，包括：

加热供给装置；

升华工作箱；

真空管，其包括外管及套设于所述外管内部的内管，所述外管与所述内管之间设置有真空层，所述内管的内部设有内腔，且所述内管与所述内腔之间设置有隔热层；所述真空管的两端分别与所述加热供给装置及所述升华工作箱连通；

其中，所述加热供给装置加热气态氮，并将加热后的气态氮沿所述内腔输送至所述升华工作箱，气态氮在所述升华工作箱内流动并覆盖在冻融物料的表面。

2.根据权利要求1所述的升华脱水装置，其特征在于，所述隔热层为隔热材料管道层或涂料层。

3.根据权利要求1所述的升华脱水装置，其特征在于，所述升华工作箱内部设有进气口及出气口，所述升华工作箱内位于所述进气口及所述出气口之间设有用于承载冻融物料的载物台，所述升华工作箱的内部位于所述进气口与所述载物台之间设有能够使气态氮均匀覆盖冻融物料表面的进气平衡层。

4.根据权利要求3所述的升华脱水装置，其特征在于，所述升华工作箱内部位于所述载物台与所述出气口之间设有用于能够使气态氮均衡流动至所述出气口的排气平衡层。

5.根据权利要求4所述的升华脱水装置，其特征在于，所述进气平衡层及所述排气平衡层均为棉花团或立体网格。

6.根据权利要求3所述的升华脱水装置，其特征在于，所述升华工作箱内位于所述进气平衡层及所述进气口之间还设有使气态氮分流的分流板。

7.根据权利要求1所述的升华脱水装置，其特征在于，所述加热供给装置包括用于承装液态氮的蒸发箱、用于将液态氮蒸发为气态氮的蒸发器及用于加热气态氮的加热器；

其中，所述蒸发器安装于所述蒸发箱内部，所述蒸发箱上设有输气口，所述输气口与所述真空管的一端连通，所述加热器设置于所述内腔内。

8.根据权利要求7所述的升华脱水装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述蒸发器及所述加热器电连接，所述控制器设定所述蒸发器的蒸发功率与蒸发时间及设定所述加热器的加热功率与加热时间。

9.根据权利要求8所述的升华脱水装置，其特征在于，所述控制器还电连接有一温度传感器，所述温度传感器设于所述出气口处，所述温度传感器用于检测气态氮从所述升华工作箱出来时的温度。

10.根据权利要求7所述的升华脱水装置，其特征在于，所述加热供给装置还包括用于检测所述蒸发箱内的液态氮液面的液位计，所述液位计一端伸入所述蒸发箱内部，所述液位计的另一端暴露在所述蒸发箱外部。

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