CN208652970U - 一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其包括材料容置箱、两级降温机构、控制及数据采集机构，材料容置箱包括外层的绝热箱、设置在该绝热箱内的程序降温容器，其中程序降温容器内设有温度传感设备；两级降温机构包括半导体制冷片和压缩机蒸发器，其中半导体制冷片设置在绝热箱底部、并与程序降温容器底面紧密接触，压缩机蒸发器设置在半导体制冷片下方，压缩机蒸发器外部连接有低温制冷组件；控制及数据采集机构分别与温度传感设备、半导体制冷片和低温制冷组件电连接。本程序降温仪克服了传统降温方式所存在的缺点，既避免了传统程序降温仪对液氮的需求，降低了降温成本，又能实现了对降温曲线的分段且连续的精确控制。

Description

一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪

技术领域

本实用新型涉及一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪。

背景技术

在进行细胞与生物材料的保存时，不同的细胞与生物材料需要不同的降温程序。根据控制原理及降温方式的不同，目前较为常用的降温方式大致分为两种，一种是使用液氮进行对细胞与生物材料进行降温的程序降温仪；另一种是配合超低温冰箱对细胞与生物材料进行降温的程序降温盒。随着这两种降温方式广泛应用，其各自的缺点也在使用中暴露出来，较为突出的缺陷如，液氮降温程序降温仪的液氮消耗量大，操作繁琐；而程序降温盒的降温曲线无法根据降温的实际需求进行调整。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何克服现有技术的上述缺陷，提供一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪。

为解决上述技术问题，本压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪包括用于盛放细胞与生物材料的材料容置箱、用于为所述材料容置箱降温的两级降温机构、用于控制容置箱内温度的控制及数据采集机构，其中，所述材料容置箱包括外层的绝热箱、设置在该绝热箱内的程序降温容器，其中所述程序降温容器内设有温度传感设备；所述两级降温机构包括半导体制冷片和压缩机蒸发器，其中所述半导体制冷片设置在所述绝热箱底部、并与所述程序降温容器底面紧密接触，所述压缩机蒸发器设置在所述半导体制冷片下方，所述压缩机蒸发器外部连接有低温制冷组件；所述控制及数据采集机构分别与所述温度传感设备、半导体制冷片和低温制冷组件电连接。如此设计，温度传感设备降探测到的材料容置箱内温度传输给控制及数据采集机构的输入端，与机构内程序预设的温度进行对比，通过输出端对低温压缩机开关、半导体制冷片冷段及热端转换进行控制。铝制的程序降温容器的与半导体制冷片连接降温，压缩机蒸发器与半导体制冷片连接提供散热，1060号铝制程序降温容器，铝制容器直接与细胞与生物材料冻存外包装接触，加大了细胞与生物材料温度检测的精确性，提高了温度控制的准确性，绝热箱隔绝除两级降温机构以外的环境温度对程序降温容器内的温度影响。本方案为使仪器组件体积小巧而便于集中装配，采用低温压缩机和半导体制冷片制，两者均能够满足降温曲线根据降温的实际需求进行调整且体积相对小巧，但低温压缩机但控制范围窄，不能提供常温(24℃) 至超低温(-80℃)温度范围内温度的精确控制，而半导体制冷片制冷效率底、制热端散热功率需求大，冷段与热端温差不可超过40℃，在热端温为室温时，其冷段温度难以达到超低温(-80℃)，因此单压缩机制冷和单半导体制冷，均无法满足程序降温对温度控制以及降温功率的要求，故设置两级降温机构，使其满足程序降温对温度控制以及降温功率的要求。制冷过程采用蒸发范围 (-40～-15℃)的低温压缩机及配套蒸发器作为降温系统的第一级，采用功率 50w以上的半导体制冷片作为降温系统的第二级，在进行细胞与生物材料降温初期，温度下降较缓慢，压缩机将制冷片热端温度控制在4摄氏度，在降温程序中后期，压缩机将温度控制在-30℃即压缩机满负载工作。

作为优化，所述低温制冷组件包括低温压缩机、压缩机冷凝器和膨胀阀。如此设计，构成制冷散热的完整循环机构。

作为优化，所述低温压缩机与所述控制及数据采集机构电连接。如此设计，利用控制及数据采集机构的输出端电信号控制低温压缩机的启停。

作为优化，所述温度传感设备为热电偶。如此设计，直接采集温度信息转化为电动势信号传输至控制及数据采集机构的输入端。

作为优化，所述控制及数据采集机构包括可编程控制器和电源。如此设计，可编程控制器能够直接接受传感器信号，通过与预先编写输入I/O接口的温度数据对比，控制低温压缩机和半导体制冷片的工作状态。

作为优化，所述电源为线式UPS电源，其包括AC/DC整流器、充电器、 DC/AC逆变器、切换开关和电池组。如此设计，市电正常时，AC/DC整流器将交流电整流成直流电，同时对电池组进行充电，再经DC/AC逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电，停电时，电池组对DC/AC逆变器供电，保证降温仪工作时不断电，使细胞与生物材料在降温时不受外界干扰，提高了成功率。

本实用新型一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，克服了传统降温方式所存在的缺点，既避免了传统程序降温仪对液氮的需求，降低了降温成本，又能实现了对降温曲线的分段且连续的精确控制。

附图说明

下面结合附图对本实用新型一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪作进一步说明：

图1是本压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪的实施方式1的平面结构示意图；

图2是本压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪的实施方式2中控制及数据采集机构的平面结构示意图；

图3是本压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪的实施方式2中电源的线框示意图。

具体实施方式

实施方式1：如图1所示，本压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪包括用于盛放细胞与生物材料的材料容置箱1、用于为所述材料容置箱1降温的两级降温机构2、用于控制容置箱内温度的控制及数据采集机构3，其中，所述材料容置箱1包括外层的绝热箱110、设置在该绝热箱110内的程序降温容器 120，其中所述程序降温容器120内设有温度传感设备121；所述两级降温机构2包括半导体制冷片210和压缩机蒸发器220，其中所述半导体制冷片210 设置在所述绝热箱110底部、并与所述程序降温容器120底面紧密接触，所述压缩机蒸发器220设置在所述半导体制冷片210下方，所述压缩机蒸发器220 外部连接有低温制冷组件230；所述控制及数据采集机构3分别与所述温度传感设备121、半导体制冷片210和低温制冷组件230电连接。温度传感设备降探测到的材料容置箱内温度传输给控制及数据采集机构的输入端，与机构内程序预设的温度进行对比，通过输出端对低温压缩机开关、半导体制冷片冷段及热端转换进行控制。铝制的程序降温容器的与半导体制冷片连接降温，压缩机蒸发器与半导体制冷片连接提供散热，1060号铝制程序降温容器，铝制容器直接与细胞与生物材料冻存外包装接触，加大了细胞与生物材料温度检测的精确性，提高了温度控制的准确性，绝热箱隔绝除两级降温机构以外的环境温度对程序降温容器内的温度影响。本方案为使仪器组件体积小巧而便于集中装配，采用低温压缩机和半导体制冷片制，两者均能够满足降温曲线根据降温的实际需求进行调整且体积相对小巧，但低温压缩机但控制范围窄，不能提供常温至超低温温度范围内温度的精确控制，而半导体制冷片制冷效率底、制热端散热功率需求大，冷段与热端温差不可超过，在热端温为室温时，其冷段温度难以达到超低温，因此单压缩机制冷和单半导体制冷，均无法满足程序降温对温度控制以及降温功率的要求，故设置两级降温机构，使其满足程序降温对温度控制以及降温功率的要求。制冷过程采用蒸发范围的低温压缩机及配套蒸发器作为降温系统的第一级，采用功率50w以上的半导体制冷片作为降温系统的第二级，在进行细胞与生物材料降温初期，温度下降较缓慢，压缩机将制冷片热端温度控制在4摄氏度，在降温程序中后期，压缩机将温度控制在即压缩机满负载工作。

所述低温制冷组件230包括低温压缩机231、压缩机冷凝器232和膨胀阀 233。构成制冷散热的完整循环机构。所述低温压缩机231与所述控制及数据采集机构3电连接。利用控制及数据采集机构的输出端电信号控制低温压缩机的启停。

所述温度传感设备121为热电偶。直接采集温度信息转化为电动势信号传输至控制及数据采集机构的输入端。

实施方式2：如图2、3所示：所述控制及数据采集机构3包括可编程控制器310和电源320。可编程控制器能够直接接受传感器信号，通过与预先编写输入I/O接口的温度数据对比，控制低温压缩机和半导体制冷片的工作状态。所述电源320为线式UPS电源，其包括AC/DC整流器、充电器、DC/AC逆变器、切换开关和电池组。市电正常时，AC/DC整流器将交流电整流成直流电，同时对电池组进行充电，再经DC/AC逆变器将直流电逆变为标准正弦波交流电，停电时，电池组对DC/AC逆变器供电，保证降温仪工作时不断电，使细胞与生物材料在降温时不受外界干扰，提高了成功率。其余部件和结构如实施方式1所述，略。

上述实施方式旨在举例说明本实用新型可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本实用新型包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：包括用于盛放细胞与生物材料的材料容置箱(1)、用于为所述材料容置箱(1)降温的两级降温机构(2)、用于控制容置箱内温度的控制及数据采集机构(3)，其中，

所述材料容置箱(1)包括外层的绝热箱(110)、设置在该绝热箱(110)内的程序降温容器(120)，其中所述程序降温容器(120)内设有温度传感设备(121)；

所述两级降温机构(2)包括半导体制冷片(210)和压缩机蒸发器(220)，其中所述半导体制冷片(210)设置在所述绝热箱(110)底部、并与所述程序降温容器(120)底面紧密接触，所述压缩机蒸发器(220)设置在所述半导体制冷片(210)下方，所述压缩机蒸发器(220)外部连接有低温制冷组件(230)；

所述控制及数据采集机构(3)分别与所述温度传感设备(121)、半导体制冷片(210)和低温制冷组件(230)电连接。

2.根据权利要求1所述的压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：所述低温制冷组件(230)包括低温压缩机(231)、压缩机冷凝器(232)和膨胀阀(233)。

3.根据权利要求2所述的压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：所述低温压缩机(231)与所述控制及数据采集机构(3)电连接。

4.根据权利要求1所述的压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：所述温度传感设备(121)为热电偶。

5.根据权利要求3或4所述的压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：所述控制及数据采集机构(3)包括可编程控制器(310)和电源(320)。

6.根据权利要求5所述的压缩机串联半导体制冷片的程序降温仪，其特征是：所述电源(320)为线式UPS电源，其包括AC/DC整流器、充电器、DC/AC逆变器、切换开关和电池组。