超低温(ULT)冷冻机对于保存敏感的生物材料至关重要,它依靠专门的制冷剂来达到并维持低至零下 86°C 的温度。所使用的主要制冷剂是丙烷和乙烷等碳氢化合物气体,其热力学效率高、毒性低,而且与传统温室气体相比具有环保优势。这些制冷剂可实现精确的温度控制,同时最大限度地降低能耗和对生态的影响,是医疗、制药和研究应用的理想选择。
要点说明:
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超低温冷冻机中的主要制冷剂
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碳氢化合物气体(丙烷和乙烷):这些是现代
超低温冷冻机
系统中最常用的制冷剂,因为它们
- 效率:冷却能力强,蒸发温度特性良好(丙烷为 -42°C,乙烷为 -89°C),完全符合 ULT 要求。
- 低毒性:与氟氯化碳/氢氟碳化合物等老式制冷剂相比,对实验室环境更安全。
- 环保优势:与 R-508B 等合成替代品相比,碳氢化合物的臭氧消耗潜能值(ODP)可忽略不计,全球变暖潜能值(GWP)更低。
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碳氢化合物气体(丙烷和乙烷):这些是现代
超低温冷冻机
系统中最常用的制冷剂,因为它们
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碳氢化合物取代传统制冷剂的原因
- 效率提高 30:碳氢化合物混合物的性能优于 CFC/HFC 系统,尽管超低温冷冻机中的级联制冷 (CR) 系统的能源需求高出 20 倍,但仍能降低能源成本。
- 符合法规要求:根据《基加利修正案》等国际协议逐步淘汰温室气体制冷剂(如 R-508B),推动了环保型替代品的采用。
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替代冷却技术
- 斯特林循环冷却器:由于其可靠性和无需液体制冷剂即可达到极端温度的能力,在一些超低温冷冻机中使用,但由于前期成本较高而不太常见。
- 级联系统:结合多个制冷阶段(如丙烷+乙烷)实现超低温,但需要精心维护以优化能源使用。
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购买者的运营考虑因素
- 总拥有成本:碳氢化合物系统虽然节能,但由于其易燃性,可能需要采取额外的安全措施(如通风、检漏仪)。
- 样品完整性:制冷剂的选择会影响温度的稳定性;碳氢化合物能最大限度地减少对保存疫苗(如基于 mRNA 的 COVID-19 疫苗)和生物样本至关重要的波动。
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未来趋势
- 采用天然制冷剂:对可持续实验室设备的日益关注可能会增加基于 CO₂ 的系统的使用,尽管目前在 80°C 以下的应用中还存在限制。
- 智能监控:将物联网传感器与制冷剂系统集成,预防泄漏或效率下降,与实验室自动化趋势保持一致。
通过优先使用碳氢化合物,超低温冷冻机制造商在性能、安全性和可持续性之间取得了平衡,采购商应根据具体的实验室需求和监管环境对这些因素进行权衡。向更环保制冷剂的转变反映了实验室设备的大趋势,即效率和环境影响日益成为采购决策的驱动因素。
汇总表:
制冷剂类型 | 主要优点 | 应用 |
---|---|---|
碳氢化合物气体(丙烷/乙烷) | 高效、低毒、环保 | 医疗、制药、研究实验室 |
级联系统 | 实现超低温 | 高性能 ULT 冷冻机 |
斯特林循环冷却器 | 可靠、无液体制冷剂 | 专门的超低温应用 |
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