CN117450708A - 一种自维持液氮罐 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自维持液氮罐，包括液氮储存罐以及进液系统，所述液氮储存罐的顶部安装有机罩，所述机罩与所述液氮储存罐之间形成安装区域，所述进液系统设置在所述安装区域内，所述进液系统与所述液氮储存罐连通并与外部液氮供给系统连接；其中，所述安装区域内还设置有液氮冷凝装置以及氮气发生装置，所述液氮冷凝装置具有压缩机组以及伸入所述液氮储存罐内的冷头，所述压缩机组用于对所述冷头进行降温，所述氮气发生装置用于向所述液氮储存罐内充装氮气。本发明可实现液氮的自给自足，无压力容器等特种设备，减少对操作人员的限制，还能够降低液氮的消耗，便于偏远地区的实验室对样品进行冷冻保存。

Description

一种自维持液氮罐

技术领域

本发明属于实验室样品冷冻保存技术领域，尤其涉及一种自维持液氮罐。

背景技术

目前，现有的用于实验室样本冷冻保存的液氮罐，其液氮的充装方式多数需要依靠传统的液氮补给自增压罐或者液氮储槽连接真空管道进行液氮的补给，其不仅需要稳定的液氮来源，同时对于自增压罐或液氮储罐而言，在安装及使用过程中还需要具有相关资质的操作人员，如对于一些偏远地区的实验室而言，一方面液氮采购成本较高，甚至难以得到稳定的液氮供应，另一方面也缺少相关的操作人员，导致样品冷冻保存试验难以进行。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种自维持液氮罐，可实现液氮的自给自足，无压力容器等特种设备，减少对操作人员的限制，还能够降低液氮的消耗，便于偏远地区的实验室对样品进行冷冻保存。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种自维持液氮罐，包括液氮储存罐以及进液系统，所述液氮储存罐的顶部安装有机罩，所述机罩与所述液氮储存罐之间形成安装区域，所述进液系统设置在所述安装区域内，所述进液系统与所述液氮储存罐连通并与外部液氮供给系统连接；

其中，所述安装区域内还设置有液氮冷凝装置以及氮气发生装置，所述液氮冷凝装置具有压缩机组以及伸入所述液氮储存罐内的冷头，所述压缩机组用于对所述冷头进行降温，所述氮气发生装置用于向所述液氮储存罐内充装氮气。

在一个实施方式中，还包括与所述进液系统、所述液氮冷凝装置以及所述氮气发生装置电连接的控制系统，所述控制系统包括设置在所述机罩上的控制屏以及设置于所述液氮储存罐内的液位传感器，通过本实施方式，利用控制系统自行完成液氮的补充，保证液氮储存罐内的液位高度，保证冷冻效果。

在一个实施方式中，所述氮气发生装置包括相互连接的空气压缩机以及氮气发生器，所述空气压缩机与所述氮气发生器之间设置有过滤器，所述氮气发生器的末端连接有氮气储存罐，所述氮气储存罐与所述液氮储存罐连通，通过本实施方式，即利用过滤器将空气压缩机压缩的空气过滤后送至氮气发生器中制备氮气，并将其充入氮气储存罐中，以在需要制备液氮时向液氮储存罐内送入氮气并通过冷头冷凝形成液氮，即可在无外部液氮供给源的情况下，保持液氮储存罐的保存能力。

在一个实施方式中，所述液氮储存罐的顶部还具有凸出的储存口，所述储存口用于取放冷冻样本，所述机罩上开设有与所述储存口对应的通孔，所述储存口上还设置有位于所述机罩上方的保温盖体，所述保温盖体与所述储存口之间还设置有多个预紧手轮，以密封所述液氮储存罐，通过本实施方式，凸出设置的储存口便于向液氮储存罐内存入冷冻样品或由液氮储存罐内取出冷冻样品，同时储存口上设置的保温盖体能够防止空气中的杂质进入液氮储存罐内，而保温盖体与储存口之间设置的预紧手轮将液氮储存罐密封起来，使其内处于正压工作状态，有效防止外界空气倒灌进入液氮储存罐内，即可有效避免液氮储存罐内出现结冰的情况。

在一个实施方式中，所述进液系统包括与外部液氮供给系统连接的螺纹连接口以及与所述液氮储存罐连通的进液口，所述进液口与所述螺纹连接口之间顺次设置有手动进液阀以及进液电磁阀组，所述进液电磁阀组远离所述手动进液阀的一端还设置有与所述液氮储存罐连通的排气口，所述排气口上设置有热排放电磁阀以及热排放温度传感器，通过本实施方式，利用进液口将外界液氮补充至液氮储存罐内，其上设置的排气口则用于排放液氮储存罐内的氮气，将液氮储存罐内温度较高的氮气排放之后再补入液氮，减小液氮的消耗，即热排放温度传感器检测排气口的气体温度，当排气口的温度低于预设温度参数时，关闭热排放电磁阀，再打开进液电磁阀组，使外部供给的液氮进入液氮储存罐内。

在一个实施方式中，所述冷头安装在所述液氮储存罐顶部开设的密封座上，所述冷头与所述密封座之间通过螺栓和密封垫相互紧固密封，通过本实施方式，即通过螺栓和密封垫将冷头密封在液氮储存罐内的顶部，使其能够对充入的氮气以及罐内自身的氮气进行冷凝形成液氮，避免跑气。

在一个实施方式中，所述液氮冷凝装置还包括冷却机构，所述冷却机构包括多个并列设置的风扇，所述风扇靠近所述压缩机组设置，通过本实施方式，由于压缩机组在供冷头降温时自身工作产生热量，而设置的冷却机构则可以对压缩机组进行降温，提高装置的稳定性。

在一个实施方式中，所述液氮储存罐包括内壳以及套设在内壳上的外壳，所述内壳与所述外壳之间的区域开设有抽空口，以使所述内壳与所述外壳之间形成真空保温层，通过本实施方式，使得液氮储存罐形成真空屏蔽绝热保温形成，减少热交换，即降低液氮的消耗。

在一个实施方式中，所述液氮储存罐上还设置有测压装置以及开设有泄压口，所述泄压口连接有电控泄压装置，所述测压装置以及所述电控泄压装置均位于所述安装区域内，通过本实施方式，由于液氮储存罐内形成正压工作状态，开设的电控泄压装置能够在取放样品时，将液氮储存罐内的压力释放，便于操作人员取放样品。

在一个实施方式中，所述液氮储存罐内还设置有旋转托盘，所述旋转托盘上安装有样品冻存架，通过本实施方式，进一步方便操作人员放置多个样品。

本发明的有益效果在于：

实现了双功能液氮加注，一方面能够通过液氮塔或自增压罐通过真空管道进行液氮加注，另一方面其自身还能够进行液氮制备来满足样品保存的需求，即适用于如偏远地区等液氮来源缺乏或不稳定的情况，同时在自身制备液氮时，其不存在高压容器等特种设备，无需专业人员进行操作或安装，便于液氮储存罐的推广和使用，同时本发明的液氮储存罐还能够有效防止罐内结冰的情况发生，还能够降低液氮的消耗率。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的一个实施例的结构示意图(爆炸图)；

图2显示了本发明的一个实施例的结构示意图(俯视图)；

图3显示了图2中A-A处的截面结构示意图；

图4显示了图2中D-D处的截面结构示意图；

图5显示了本发明的液氮储存罐顶部的结构示意图；

图6显示了本发明的进液系统的结构示意图；

图7显示了本发明的液氮冷凝装置的结构示意图；

图8显示了本发明的控制系统的结构示意图；

图9显示了本发明的氮气发生装置的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-液氮储存罐，2-真空保温层，3-进液系统，4-液氮冷凝装置，5-控制系统，6-氮气发生装置，11-脚轮，12-内壳，13-外壳，14-旋转托盘，15-机罩，16-保温盖体，17-安装底座，18-抽空口，19-测压装置，20-电控泄压装置，21-氮气充装电磁阀，22-密封座，23-预紧手轮，31-安全阀，32-热排放消音器，33-热排放电磁阀，34-热排放温度传感器，35-进液电磁阀组，36-手动进液阀，37-螺纹连接口，41-冷头，42-压缩机组，43-冷却机构，51-集成控制电路板，52-控制屏，61-空气压缩机，62-氮气储存罐，63-过滤器，64-氮气发生器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种自维持液氮罐，如图1和图4所示，包括液氮储存罐1以及进液系统3，液氮储存罐1的顶部安装有机罩15，机罩15与液氮储存罐1之间形成安装区域，进液系统3设置在安装区域内，进液系统3与液氮储存罐1连通并与外部液氮供给系统连接；

其中，安装区域内还设置有液氮冷凝装置4以及氮气发生装置6，液氮冷凝装置4具有压缩机组42以及伸入液氮储存罐1内的冷头41，压缩机组42用于对冷头41进行降温，氮气发生装置6用于向液氮储存罐1内充装氮气；

需要说明的是，本实施例中的液氮储存罐1一方面能够通过液氮塔或自增压罐通过真空管道进行液氮加注，另一方面更重要的是，其自身还能够通过氮气发生装置6以及液氮冷凝装置4进行液氮制备来满足样品保存的需求，即适用于如偏远地区等液氮来源缺乏或不稳定的情况，同时在其自身制备液氮时，其不存在高压容器等特种设备，无需专业人员进行操作或安装，便于液氮冷冻样品技术的推广和使用；

具体地，如图9所示，氮气发生装置6包括相互连接的空气压缩机61以及氮气发生器64，空气压缩机61与氮气发生器64之间设置有过滤器63，氮气发生器64的末端连接有氮气储存罐62，氮气储存罐62与液氮储存罐1连通；

需要说明的是，利用过滤器63将空气压缩机61压缩的空气过滤后送至氮气发生器64中制备氮气，并将其充入氮气储存罐62中，以在需要制备液氮时向液氮储存罐1内送入氮气并通过冷头41冷凝形成液氮，即可在无外部液氮供给源的情况下，保持液氮储存罐1的冷冻能力，在液氮储存罐1的顶部还设置有与氮气储存罐62连接的氮气充装电磁阀21，即在需要时打开供氮气进入液氮储存罐1内；

进一步地，如图6所示，进液系统3包括与外部液氮供给系统连接的螺纹连接口37以及与液氮储存罐1连通的进液口，进液口与螺纹连接口37之间顺次设置有手动进液阀36以及进液电磁阀组35，进液电磁阀组35远离手动进液阀36的一端还设置有与液氮储存罐1连通的排气口，排气口上设置有热排放电磁阀33以及热排放温度传感器34，即利用进液口将外界液氮补充至液氮储存罐1内，其上设置的排气口则用于排放液氮储存罐1内的氮气，将液氮储存罐1内温度较高的氮气排放之后再补入液氮，减小液氮的消耗，即热排放温度传感器34检测排气口的气体温度，当排气口的温度低于预设温度参数时，关闭热排放电磁阀33，再打开进液电磁阀组35，使外部供给的液氮进入液氮储存罐1内，手动进液阀36用于人为控制旁通进液管路的开闭，平时处于常闭状态，而在检修或维护时，则可以通过手动进液阀36将进液管路打开，并进行液氮加注；

在一个实施例中，如图5和图7所示，冷头41安装在液氮储存罐1顶部开设的密封座22上，冷头41与密封座22之间通过螺栓和密封垫相互紧固密封，即通过螺栓和密封垫将冷头41密封在液氮储存罐1内的顶部，使其能够对充入的氮气以及罐内自身的氮气进行冷凝形成液氮，避免跑气；

在一个实施例中，如图7所示，液氮冷凝装置4还包括冷却机构43，冷却机构43包括多个并列设置的风扇，风扇靠近压缩机组42设置，由于压缩机组42在供冷头41降温时自身工作产生热量，而设置的冷却机构43则可以对压缩机组42进行降温，提高装置的稳定性；

在一个实施例中，如图1、图2以及图3所示，液氮储存罐1底部设置有便于移动的脚轮11，其顶部还设置有用于安装辅助提吊装置的安装底座17，液氮储存罐1包括内壳12以及套设在内壳12上的外壳13，内壳12与外壳13之间的区域开设有抽空口18，以使内壳12与外壳13之间形成真空保温层2，即使得液氮储存罐1形成真空屏蔽绝热保温形成，减少热交换，即降低液氮的消耗；

在一个实施例中，如图5所示，液氮储存罐1的顶部还具有凸出的储存口，储存口用于取放冷冻样本，机罩15上开设有与储存口对应的通孔，储存口上还设置有位于机罩15上方的保温盖体16，保温盖体16与储存口之间还设置有多个预紧手轮23，以密封液氮储存罐1；

需要说明的是，凸出设置的储存口便于向液氮储存罐1内存入冷冻样品或由液氮储存罐1内取出冷冻样品，同时储存口上设置的保温盖体16能够防止空气中的杂质进入液氮储存罐1内，而保温盖体16与储存口之间设置的预紧手轮23将液氮储存罐1密封起来，使其内处于正压工作状态，有效防止外界空气倒灌进入液氮储存罐1内，即可有效避免液氮储存罐1内出现结冰的情况；

具体地，如图5所示，沿保温盖体16周向设置有6个预紧手轮23，预紧手轮23的一端安装在储存口的侧壁上，且其能够绕安装结构翻折，而预紧手轮23顶部还具有与保温盖体16接触的压紧部，压紧部与安装结构之间的间距能够调节，即在盖上保温盖体16后，通过旋转压紧部的方式即可使液氮储存罐1内处于正压工作状态，当需要打开保温盖体16时，拧松预紧手轮23即可；

进一步地，液氮储存罐1上还设置有测压装置19以及开设有泄压口，泄压口连接有电控泄压装置20，测压装置19以及电控泄压装置20均位于安装区域内，由于液氮储存罐1内形成正压工作状态，开设的电控泄压装置20能够在取放样品时，将液氮储存罐1内的压力释放，便于操作人员取放样品；

在一个实施例中，如图3所示，液氮储存罐1内还设置有旋转托盘14，旋转托盘14上还可放置样品冻存架，即进一步方便操作人员放置多个样品；

在一个实施例中，如图1和图8所示，还包括与进液系统3、液氮冷凝装置4以及氮气发生装置6电连接的控制系统5，控制系统5包括设置在机罩15上的控制屏52、设置于液氮储存罐1内的液位传感器以及集成控制电路板51，集成控制电路板51分别与进液系统3、液氮冷凝装置4、氮气发生装置6、液位传感器以及控制屏52电连接，即利用控制系统5自行完成液氮的补充，保证液氮储存罐1内的液位高度，保证冷冻效果，减少人为失误风险；

具体地，液氮加注方式如下：

首先将液氮补给管道与液氮加注螺纹连接口37连接并紧固密封，然后用户再根据实际使用需求在控制屏52上选择样本冻存的工作模式(分别为手动模式、气相模式以及液相模式，每个模式都有独立的控制参数，该实施例选用常用的气相工作模式来进行说明)，气相模式为自动工作模式，当用户选择该模式后，控制系统5会自动识别液氮储存罐1内的液位值，并根据对应模式下参数设置中的自动补液高度和停止补液高度值作出判断，当液位传感器实时监测到的液位值低于参数设置中的自动补液高度值时，控制系统5会打开进液系统3中的热排放电磁阀33来排放温度较高的氮气，进液系统3中的热排放温度传感器34会实时监测热排放的氮气温度，当实时监测的热排放温度低于参数设置中的热排放温度时，控制系统5将关闭热排放电磁阀33，并同时打开进液电磁阀组35，此时液氮开始往液氮储存罐1中加注，液氮加注过程中，液位传感器会实时监测液氮储存罐1内的液氮液位值，当液位值达到参数设置中的停止补液高度值时，控制系统5将关闭双进液电磁阀35，此时气相模式下的液氮加注过程结束，以此往复联动控制，控制系统5将始终让液氮储存罐1内的液位值保持在所设定的液位区间范围内。通过控制系统5对液位高度的控制，即可实现液氮储存罐1内的温度满足冻存需求，同时设置的热排放消音器32能够减少排气时的噪音，设置的安全阀31则用于保证排气时的安全性；

自制液氮方式如下：

自制液氮模式下用户需将保温盖体16盖上，并将保温盖体16上的预紧手轮23扭紧，使液氮储存罐1处于密封状态，然后用户再根据实际使用需求在控制屏52上选择样本冻存的工作模式(分别为手动模式、气相模式、液相模式，每个模式都有独立的控制参数，该实施例选用常用的气相工作模式来进行说明)，气相模式为自动工作模式，当用户选择该模式后，控制系统5会自动识别液氮储存系统的当前液位值，并根据对应模式下参数设置中的自动补液高度和停止补液高度值作出判断，当液位传感器实时监测到的液位值低于参数设置中的自动补液高度值时，控制系统5会开启氮气发生装置6中的空气压缩机61，压缩空气通过过滤器63过滤掉相关杂志及水分后充装至氮气发生器64中，通过氮气发生器64产生的氮气将储存在氮气储存罐62中，与此同时控制系统5也会开启液氮冷凝装置4，在此过程中冷头41在压缩机组42的作用下温度将逐渐下降，直至降低到-196℃左右，冷却机构43用于给压缩机组42进行降温，当冷头41温度降低至-196℃左右时，会将液氮储存罐1中的氮气冷凝成液氮，一段时间后电子测压装置19测得罐体内壳12中的压力降低，此时控制系统5会打开氮气充装电磁阀21将氮气储存罐62中的氮气充装至罐体内壳12中，罐体内壳12中的压力达到设定压力值时关闭氮气充装电磁阀21，以此往复控制来实现液氮的制备，液氮制备过程中，液位传感器会实时监测液氮储存罐1内的液氮液位值，当液位值达到参数设置中的停止补液高度值时，控制系统5将关闭液氮冷凝装置4和氮气发生器64装置，此时气相模式下的自制液氮过程结束，以此往复联动控制，控制系统5将始终让液氮储存罐1内的液位值保持在所设定的液位区间范围内，通过控制系统5对液位高度的控制，即可实现1液氮储存罐1内的温度满足冻存需求；

在一个实施例中，样本存放或提取操作如下：

正常使用过程中，用户的冷冻样本均冻存于液氮储存罐1内，为保证冻存样本的有序放置，所有的样本均需放置在样本冻存架内，其冻存架再放置于液氮储存罐1内可360°转动的旋转托盘14上，冻存样本的取放可通过打开取放口的保温盖体16来实现，保温盖体16通过预紧手轮23进行预紧密封，用户需要存放或提取样本时，首先在控制屏52上打开电控泄压装置20，泄放罐体内壳12中的压力，待触摸控制显示屏上显示的罐内压力为0时，逆时针扭动6个预紧手轮23，然后将保温盖体16向上取出，此时便可以根据样本的存放需求来提取样本或存放样本，样本提取或存放完毕后将保温盖体16按照原样盖与颈口，然后再顺时针扭动6个预紧手轮23来密封盖体，此时，样本的存放或提取过程结束；

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种自维持液氮罐，其特征在于，包括液氮储存罐以及进液系统，所述液氮储存罐的顶部安装有机罩，所述机罩与所述液氮储存罐之间形成安装区域，所述进液系统设置在所述安装区域内，所述进液系统与所述液氮储存罐连通并与外部液氮供给系统连接；

其中，所述安装区域内还设置有液氮冷凝装置以及氮气发生装置，所述液氮冷凝装置具有压缩机组以及伸入所述液氮储存罐内的冷头，所述压缩机组用于对所述冷头进行降温，所述氮气发生装置用于向所述液氮储存罐内充装氮气。

2.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，还包括与所述进液系统、所述液氮冷凝装置以及所述氮气发生装置电连接的控制系统，所述控制系统包括设置在所述机罩上的控制屏以及设置于所述液氮储存罐内的液位传感器。

3.根据权利要求1或2所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述氮气发生装置包括相互连接的空气压缩机以及氮气发生器，所述空气压缩机与所述氮气发生器之间设置有过滤器，所述氮气发生器的末端连接有氮气储存罐，所述氮气储存罐与所述液氮储存罐连通。

4.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述液氮储存罐的顶部还具有凸出的储存口，所述储存口用于取放冷冻样本，所述机罩上开设有与所述储存口对应的通孔，所述储存口上还设置有位于所述机罩上方的保温盖体，所述保温盖体与所述储存口之间还设置有多个预紧手轮，以密封所述液氮储存罐。

5.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述进液系统包括与外部液氮供给系统连接的螺纹连接口以及与所述液氮储存罐连通的进液口，所述进液口与所述螺纹连接口之间顺次设置有手动进液阀以及进液电磁阀组，所述进液电磁阀组远离所述手动进液阀的一端还设置有与所述液氮储存罐连通的排气口，所述排气口上设置有热排放电磁阀以及热排放温度传感器。

6.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述冷头安装在所述液氮储存罐顶部开设的密封座上，所述冷头与所述密封座之间通过螺栓和密封垫相互紧固密封。

7.根据权利要求1或6所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述液氮冷凝装置还包括冷却机构，所述冷却机构包括多个并列设置的风扇，所述风扇靠近所述压缩机组设置。

8.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述液氮储存罐包括内壳以及套设在内壳上的外壳，所述内壳与所述外壳之间的区域开设有抽空口，以使所述内壳与所述外壳之间形成真空保温层。

9.根据权利要求1或8所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述液氮储存罐上还设置有测压装置以及开设有泄压口，所述泄压口连接有电控泄压装置，所述测压装置以及所述电控泄压装置均位于所述安装区域内。

10.根据权利要求1所述的一种自维持液氮罐，其特征在于，所述液氮储存罐内还设置有旋转托盘，所述旋转托盘上安装有样品冻存架。