專利名稱：內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種廣泛應用于生物、醫(yī)療、畜牧、水產、食品等領域的內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀。
低溫生物學研究表明，在進行生物材料的低溫保存時，不同的細胞要求不同的降溫和復溫程序，一些復雜的細胞還要求降溫程序分成多段進行，每段具有不同的冷卻速率。為了滿足生物材料低溫保存降溫過程的要求，借助計算機技術的發(fā)展，人們逐步研制成功了用微機控制的程序降溫儀，它已經成為實現(xiàn)生物材料低溫保存技術的一個關鍵設備。根據降溫及控制原理的不同，目前較常用的降溫儀大致可以分成兩類①液氮噴射式降溫儀，它是由美國的GuenterBaartz等人于70年代末研制成功的，該儀器主要由液氮輸送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和冷腔組成。②利用液氮容器內氣相區(qū)溫度梯度的升降式降溫儀，它是由上海理工大學研制成功并申請了專利ZL91215370.9，該儀器中液氮輸送裝置與冷腔合二為一。上述兩種類型的程序降溫儀在生物、醫(yī)療、畜牧、水產、食品等部門得到廣泛的應用的同時，也暴露出各自的弱點。液氮噴射式降溫儀價格昂貴，又由于該儀器液氮輸送管路中安裝低溫電磁閥，這種電磁閥是工作在低溫狀況下，空氣中水蒸汽會在閥上結露、結霜，會損壞電磁閥的線圈和電路系統(tǒng)；也容易造成閥門關閉不嚴禁等情況；一般生物材料用升降式降溫儀降至-60℃或-80℃，即可直接進入液氮保存，但對于液氮噴射式降溫儀，當達到這一溫度時，需將生物材料由降溫儀冷卻室取出后放在液氮容器中，這樣容易引起溫度回升；對于需要進行數小時甚至數天連續(xù)極慢速降溫的控制過程試驗，若采用噴射式降溫儀，因液氮耗量較大，在降溫過程中需要向杜瓦液氮容器補充液氮，會干擾降溫程序。而采用升降式降溫儀，其試驗樣品是在液氮容器內氣相區(qū)中進行的，這樣試樣的大小和形狀就受到液氮容器空間幾何形狀的約束；液氮容器內氣相區(qū)是與空氣相通，其溫度梯度易受到周圍環(huán)境的影響，且試樣在液氮容器內的溫度梯度方向的尺寸不能太大。
因此，本實用新型為了克服前述的兩種類型的降溫儀的所存在的缺點，提供一種內加熱加壓噴射式程序降溫儀，它既能夠進行批量試樣試驗，同時又做到試驗成本低且試驗性能可靠。
本實用新型的技術方案是這樣來實現(xiàn)的，它由數據采集和控制裝置、旋流器、熱電偶、絕熱箱、支架、輸液氮管、加熱絲及液氮容器構成。用于液氮加熱的加熱絲與輸液氮管相固定，同置于充有液氮的液氮容器中，加熱絲上端與數據采集和控制裝置連接，輸液氮管口從頂部進入絕熱箱，在其進入處置有旋流器，以使氣流在箱內旋轉，絕熱箱內置有用來放置被冷卻的對象的支架和用于測量被冷卻的對象溫度的熱電偶，熱電偶與數據采集和控制裝置連接。
本方案的原理是固定在輸液氮管的加熱絲可發(fā)出一定的熱量，液氮容器內的液氮得到熱量后，蒸發(fā)速度加快，從而使液氮容器內的壓力增大。這樣，液氮受壓后經輸液氮管進入絕熱箱，在旋流器作用下，液氮和氣氮混合物在箱體內螺旋下降，使溫度均勻。電加熱器所施加的熱量大小是根據絕熱箱內熱電偶實測的被冷卻的對象溫度和設定的溫度程序之差別，由控制系統(tǒng)調節(jié)的。改變加熱絲的加熱功率，就可以改變液氮容器內的壓力，從而也就可以控制液氮經輸液氮管的量，達到控制絕熱箱內溫度的目的。由于本實用新型是基于上述原理而設計的，液氮輸送系統(tǒng)巧妙利用液氮的自然物性來輸送液氮，因此，本方案是不設置易引起液氮堵塞和泄漏的低溫電磁閥加以及氣氮壓液氮輸送管路，這樣使本方案結構簡單，成本低，性能可靠。
本實用新型實施例結合附圖作進一步說明。


圖1為內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀結構原理圖，圖2為加熱絲結構圖；圖3為加熱功率控制原理圖；圖4為降溫儀的分段降溫例圖。
由圖1所示，內加熱加壓噴射式程序降溫儀由數據采集和控制裝置1、旋流器2、熱電偶3、絕熱箱5、支架6、輸液氮管8、加熱絲9及液氮容器10構成，用于液氮加熱的加熱絲9與輸液氮管8相固定同置于充有液氮7的液氮容器10中，輸液氮管8管口從絕熱箱5頂部進入。在其進入處置有旋流器2，絕熱箱5內置有用來放置被冷卻的對象4的支架6，用于測量被冷卻的對象4溫度的熱電偶3與數據采集和控制裝置1連接。由圖2所示，加熱絲9兩端與導線11、12連接，并設置有保護外套13與保護內套14。由圖3所示，加熱控制單元由比較放大器15、三極管16、固態(tài)繼電器17及交流電源18組成，加熱絲9與固態(tài)繼電器17及交流電源18相連接。在這里，熱電偶實時記錄的溫度為熱電勢信號，它經放大器放大后與預設值經比較放大器15比較。若比較值大于零，則三極管16導通，從而使加熱絲9加熱；若比較值小于等于零，則三極管16截止，加熱絲9停止加熱。預設值的設定和改變事先用程序置入電腦，冷卻的程序也同樣事先置入電腦。圖4為降溫儀的分段降溫例圖，圖中所表示的段1為從初溫(25℃)以每分鐘1℃降溫至0℃；段2為從0℃以每分鐘5℃降溫至-20℃；段3為從-20℃以每分鐘10℃降溫至-40℃；段4為從-40℃以每分鐘20℃降溫至-60℃；段5為從-60℃以每分鐘10℃降溫至-100℃。
權利要求1.一種由數據采集和控制裝置、液氮輸送裝置、冷腔組成的內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀，其特征在于，它是由數據采集和控制裝置(1)、旋流器(2)、熱電偶(3)、絕熱箱(5)、支架(6)、輸液氮管(8)、加熱絲(9)及液氮容器(10)構成，用于液氮加熱的加熱絲(9)與輸液氮管(8)相固定，同置于充有液氮(7)的液氮容器(10)中，輸液氮管(8)管口從絕熱箱(5)頂部進入，在進入處置有旋流器(2)，絕熱箱(5)內置有用來放置被冷卻的對象(4)的支架(6)，用于測量被冷卻的對象(4)溫度的熱電偶(3)與數據采集和控制裝置(1)連接。
2.根據權利要求1所述的內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀，其特征在于，所述的數據采集和控制裝置(1)中的加熱控制單元由比較放大器(15)、三極管(16)、固態(tài)繼電器(17)及交流電源(18)組成，加熱絲(9)與固態(tài)繼電器(17)及交流電源(18)相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種用于生物、醫(yī)療、畜牧、水產、食品等領域的內加熱加壓噴射式液氮程序降溫儀,特點是它由數據采集和控制裝置、旋流器、熱電偶、絕熱箱、支架、輸液氮管、加熱絲及液氮容器構成,加熱絲與輸液氮管固定置于液氮容器中,加熱絲與數據采集和控制裝置連接,輸液氮管口從絕熱箱頂部進入,并置有旋流器,絕熱箱內置有支架,熱電偶與數據采集和控制裝置連接,優(yōu)點是無低溫電磁閥以及高壓氮氣的液氮輸送管路,結構簡單,成本低,性能可靠。
文檔編號G05D23/20GK2432613SQ0021810
公開日2001年5月30日 申請日期2000年6月20日 優(yōu)先權日2000年6月20日
發(fā)明者彭海柱, 華澤釗, 陶樂仁 申請人:上海理工大學