超低温冷冻机使用哪些制冷剂？实验室效率和可持续发展的重要见解

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：

1. 超低温冷冻机中的主要制冷剂

   • 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。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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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