一种超低温人类遗传资源样本库的制作方法

本发明属于遗传资源样本库技术领域，尤其涉及一种超低温人类遗传资源样本库。

背景技术：

现有技术和缺陷：

一般对于食品类的速冻和储存，温度在≤-50℃已经基本满足需求；温度在-70℃～-80℃之间的储存大多用于医学样本、试剂、血液制备品的储存。

目前市场上以液氮为冷源的制冷装置只有液氮速冻机、小型的液氮冷疗装置等。

公知的冷库、冰箱、冷柜等一般大都采用以氟利昂为制冷剂，以压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置等组成制冷循环系统。其拥有若干优点之外同时也具有若干不足之处，例如耗电量大、噪声高等。

解决上述技术问题的难度和意义：

因此，基于这些问题，提供一种增加冷库降温效果，使用液氮作为冷源且降温效果好、节能、存量大的超低温人类遗传资源样本库具有重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明目的在于为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种增加冷库降温效果，使用液氮作为冷源且降温效果好、节能、存量大的超低温人类遗传资源样本库。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种超低温人类遗传资源样本库，所述超低温人类遗传资源样本库包括库体，所述库体上方安装有电机，所述电机的加长轴末端连接风扇，所述风扇的扇叶位于所述库体内，所述库体前部设有至少一个存取门，所述库体内部安装有货架，所述库体内安装有液氮雾化喷嘴，所述液氮雾化喷嘴通过不锈钢真空液氮管连接室外液氮大罐，所述不锈钢真空液氮管上设有电磁阀。

样本库制冷的冷源为液氮，液氮是从室外液氮大罐通过不锈钢真空液氮管引入样本库内，然后由喷嘴喷射，将液氮雾化进行蒸发吸热，实现给样本库降温的目的。冷库内的氮气搅拌目的在于强化氮气与所存放或物之间的换热，增加冷库降温效果。同时为了避免搅拌风扇用的电机在冷库内-80℃温度环境的不利运行条件，采用非标定制电机加长轴，电机外置形式。

本发明还可以采用以下技术方案：

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，在所述库体长度方向上分上下两层设计若干扇存取门，所述存取门为内嵌式全埋门，所述存取门的门体安装完成后外面板与库板外平面处于同一垂直面上，所述存取门的门体与门框采用泡绵密封条密封。

门洞尺寸约500mm*800mm，门体保温厚度不小于150mm，门框处设有自动加热系统，根据环境温度自动开启加热系统，防止开关门时空气中的水分使门框处结冰。库体地面敷设铝合金防滑花纹板，安装时作好板间拼接处的密封，平整对接，上下误差范围不超过1mm，缝隙小于1mm，缝隙采用与板材颜色相同的密封胶完全密封，不出现胶渍或漏胶现象。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述货架上放置有不锈钢抽屉，所述不锈钢抽屉上放置有人类资源样本(例如干细胞)塑料盒，所述库体内侧为压花铝板，所述库体外部为彩钢板，所述库体的保温板厚度为200mm。

冷库围护结构即组合式保温板的六面体完全采用硬质聚氨酯高压整体发泡板材建造，库体外面彩钢板，内面压花铝板，每块库板之间均由一侧的偏心旋转式挂钩及另一侧的钩槽固定，偏心钩旋入钩槽后自动锁紧，冷库保温板厚度200mm。每扇小门对应的库内位置均设置不锈钢专用货架，用于人类资源样本塑料盒的存放。

库体内面特别设计为压花铝板。由于库体内表面长期处在超低温环境，对不同材质如铜、铝、不锈钢组合的冷风机中诸材料热(冷)伸长量进行的详细计算，为此在具体结构设计上予以充分考虑，成功解决了结构内部冷热产生的应力的破坏影响。铝材的热延展能力差不多为铁的一倍，因此在冷库板的内侧压花铝板可利用其延展性好的特点，比不锈钢更能适应-80℃大温差环境。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述液氮雾化喷嘴的材质为不锈钢，所述液氮雾化喷嘴内设滤网。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述库体内设样本库设置气体平衡装置，即微压差控制器，所述微压差控制器的型号为trd152型，所述库体上设有排氮气风扇，当库体内外压差大于50pa时，排氮气风扇开启，当库体内外压差小于5pa时，排氮气风扇关闭。

微压差控制器检测并控制样本库内压力不能过大，以保护拼装式保温库体结构不破坏、库板拼缝密封不漏气。另外就是检测并控制库内压力保持微正压，不使外界空气进入库内，这样库内的以保持干燥，液氮雾化喷嘴的喷口不发生冰堵。

微差压变送器：trd152型，可以检测差压、表压压力和负压，并把这个压力值转换为成比例的电信号输出。具有0-5vdc、0-10vdc、4-20ma等输出方式。具有以下优点：1.快速响应；2.无需校准，归零；3.长期使用无精度衰减；4.特殊量程可定制；5.多种输出方式可选。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述风扇为960转/分的六级电机低转速搅拌风扇，所述风扇包括至少一组，每组所述风扇包括两个风扇，用一备一。

采用低转速搅拌风扇，以减低噪声。氮气搅拌风扇系统设置双套，用一备一，可以实现定时切换或故障切换。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述超低温人类遗传资源样本库还包括超低温专用的氮气全热交换器，所述氮气全热交换器设置在库体的排氮气风管上，所述氮气全热交换器对氮气与空气进行换热，所述氮气全热交换器的型号为rl001，与房间排氮气管和房间排氮气风扇连接。

在房间排氮气管上专门设置了全热交换器作为热能回收装置。液氮蒸发气化并利用其部分显热后，由微压差控制器控制自动经管路排出，此时的氮气温度仍然在-60℃～-70℃左右，具有潜在的节能利用价值。我们在氮气排出管路上设置了超低温专用的氮气全热交换器作为热能回收装置，利用排出氮气中的废弃的冷量与空气进行热交换，将冷库所在房间的空气降温，因为氮气温度很低，所以同时具有比一般除湿器还更有效的除湿作用，实现了冷量回收、降温除湿和节能效果。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述存取门设置电子锁，所述电子锁与plc控制器连接，所述plc控制器的输出端连接电磁阀、电机、红灯和报警器，所述plc控制器的输入端连接开门请示按钮，所述库体内部设有库温传感器。

具有开门请示安全控制功能：冷库运行过程中，如需打开存取门取货，需按下冷库上的开门请示按钮，此时系统开始计时，30秒后系统报警，提示关门。此系统可防止冷库内氮气过多的泄露进房间，导致房间内氧含量过低造成人身安全事故。

开门请示安全控制逻辑为当操作人员需要开启冷库小门存取样本，需要首先按绿色的开门请示按钮，于是库内喷液电磁阀关闭、搅拌风扇关闭，以避免开门后液氮喷溅的人身造成伤害，经第一个延时后可以开门。当完成存取任务忘记关门并离去，经第二个计时(经确定的相当长的时间)后，计时报警器开始闪亮红灯并报警，液氮电磁阀自动喷液制冷，以保障库内样本不因库温长时间回升而受到损害。

冷库库体上的库温传感器不参与控制，具有温度显示功能。门体、门铰链、门锁采用不锈钢材质，保证经久耐用，密封严密，不会有冷量泄露的情况发生。

在上述的超低温人类遗传资源样本库中，进一步的，所述超低温人类遗传资源样本库的外壁上设有空气含氧量传感器，所述空气含氧量传感器与plc控制器的输入端连接，所述plc控制器的输出端与房间排风机和进风电磁阀连接，所述房间排风机设置在用于放置库体的房间内，所述房间排风机与排风管道连接，所述排风管道上设有进风电磁阀。

基于冷库内的氮气有时可能部分溢出到冷库所在的房间中，为了确保工作人员的人身安全，进入冷库管理区域前，确保库内操作区域符合国家规定标准，空气氧气含量达标。冷库所在的房间配有低氧保护装置，即空气含氧量传感器。当打开库门存取样本或供液管路安全阀起跳等情况下，冷库所在的房间其含量将升高，那么氧气含量将降低，为了确保人身安全，我们在房间不同位置安装了两个空气含氧量检测仪，当任意一只空气含氧量检测仪检测到房间含氧量超标，随即现场声光报警，与此同时，房间排风机自动开启运行，房间进风口的进风电磁阀与此同时连锁开启，直到检测到房间含氧量达标为止。

样本库电气自动控制：

1，采用立式电控柜，电控柜柜体进行喷涂处理。双套触摸屏，双套plc控制器，控制系统中使用的所有控制器件、测量器件、电气元件都要求防护等级达到ip55，电控柜整体防护等级不低于ip54。

2，采用两套完全独立的电控系统，采用一台可扩展型plc与一台彩色触摸屏控制，触摸屏与电脑均可操作系统。温度控制精确，多路温度传感器，多梯次温度测量。可与微机联网实现历史数据保存、降温曲线、温度报表、历史故障记录打印功能。

综上所述，本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明是以液氮为冷源，冷库保温体由专门设计的外面彩钢板、内面压花铝板夹心聚氨酯保温材料的预制板拼装组成，样本库内温度较均匀地控制在-70℃～-80℃之间，专门用于储存干细胞等人类遗传资源样本。突出特点是：(1)在储存容积上比冰箱增大了两个数量级，单间可达到10000升以上；(2)以液氮为冷源，极大降低运行耗电量(制冷压缩机是公知的耗电大户)；(3)采用双套一用一备的冷源，增大储存物品的安全可靠性。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1是冷库正视图；

图2是冷库侧视图；

图3是房间布置剖面图。

图中：

1，库体，2，扇叶，3，加长轴，4，电机，5存取门，6，干细胞塑料盒，7，货架，8，不锈钢抽屉，9、泡绵密封条，10、库体内面，11、库板外平面，12、房间排氮气管，13、房间排氮气风扇。

具体实施方式

下面就结合图1至图3具体说明本发明。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例一：

一种超低温人类遗传资源样本库，所述超低温人类遗传资源样本库包括库体，所述库体上方安装有电机，所述电机的加长轴末端连接风扇，所述风扇的扇叶位于所述库体内，所述库体前部设有至少一个存取门，所述库体内部安装有货架，所述库体内安装有液氮雾化喷嘴，所述液氮雾化喷嘴通过不锈钢真空液氮管连接室外液氮大罐，所述不锈钢真空液氮管上设有电磁阀。

样本库制冷的冷源为液氮，液氮是从室外液氮大罐通过不锈钢真空液氮管引入样本库内，然后由喷嘴喷射，将液氮雾化进行蒸发吸热，实现给样本库降温的目的。冷库内的氮气搅拌目的在于强化氮气与所存放或物之间的换热，增加冷库降温效果。同时为了避免搅拌风扇用的电机在冷库内-80℃温度环境的不利运行条件，采用非标定制电机加长轴，电机外置形式。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，在所述库体长度方向上分上下两层设计若干扇存取门，所述存取门为内嵌式全埋门，所述存取门的门体安装完成后外面板与库板外平面处于同一垂直面上，所述存取门的门体与门框采用泡绵密封条密封。

门洞尺寸约500mm*800mm，门体保温厚度不小于150mm，门框处设有自动加热系统，根据环境温度自动开启加热系统，防止开关门时空气中的水分使门框处结冰。库体地面敷设铝合金防滑花纹板，安装时作好板间拼接处的密封，平整对接，上下误差范围不超过1mm，缝隙小于1mm，缝隙采用与板材颜色相同的密封胶完全密封，不出现胶渍或漏胶现象。化霜水排水管一端连接库体地面，另一端与冷库外地漏严密连接，不出现漏水现象。

需要指出的是，所述货架上放置有不锈钢抽屉，所述不锈钢抽屉上放置有干细胞塑料盒，所述库体内侧为压花铝板，所述库体外部为彩钢板，所述库体的保温板厚度为200mm。

冷库围护结构即组合式保温板的六面体完全采用硬质聚氨酯高压整体发泡板材建造，库体外面彩钢板，内面压花铝板，每块库板之间均由一侧的偏心旋转式挂钩及另一侧的钩槽固定，偏心钩旋入钩槽后自动锁紧，冷库保温板厚度200mm。每扇小门对应的库内位置均设置不锈钢专用货架，用于干细胞塑料盒的存放。

库体内面特别设计为压花铝板。由于库体内表面长期处在超低温环境，对不同材质如铜、铝、不锈钢组合的冷风机中诸材料热(冷)伸长量进行的详细计算，为此在具体结构设计上予以充分考虑，成功解决了结构内部冷热产生的应力的破坏影响。铝材的热延展能力差不多为铁的一倍，因此在冷库板的内侧压花铝板可利用其延展性好的特点，比不锈钢更能适应-80℃大温差环境。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述液氮雾化喷嘴的材质为不锈钢，所述液氮雾化喷嘴内设滤网。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述库体内设样本库设置气体平衡装置，即微压差控制器，所述微压差控制器的型号为trd152型，所述库体上设有排氮气风扇，当库体内外压差大于50pa时，排氮气风扇开启，当库体内外压差小于5pa时，排氮气风扇关闭。

微压差控制器检测并控制样本库内压力不能过大，以保护拼装式保温库体结构不破坏、库板拼缝密封不漏气。另外就是检测并控制库内压力保持微正压，不使外界空气进入库内，这样库内的以保持干燥，液氮雾化喷嘴的喷口不发生冰堵。

微差压变送器：trd152型，可以检测差压、表压压力和负压，并把这个压力值转换为成比例的电信号输出。具有0-5vdc、0-10vdc、4-20ma等输出方式。具有以下优点：1.快速响应；2.无需校准，归零；3.长期使用无精度衰减；4.特殊量程可定制；5.多种输出方式可选。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述风扇为960转/分的六级电机低转速搅拌风扇，所述风扇包括至少一组，每组所述风扇包括两个风扇，用一备一。

采用低转速搅拌风扇，以减低噪声。氮气搅拌风扇系统设置双套，用一备一，可以实现定时切换或故障切换。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述超低温人类遗传资源样本库还包括超低温专用的氮气全热交换器，所述氮气全热交换器设置在库体的排氮气风管上，所述氮气全热交换器对氮气与空气进行换热，所述氮气全热交换器的型号为rl001，与房间排氮气管和房间排氮气风扇连接。

在房间排氮气管上专门设置了全热交换器作为热能回收装置。液氮蒸发气化并利用其部分显热后，由微压差控制器控制自动经管路排出，此时的氮气温度仍然在-60℃～-70℃左右，具有潜在的节能利用价值。我们在氮气排出管路上设置了超低温专用的氮气全热交换器作为热能回收装置，利用排出氮气中的废弃的冷量与空气进行热交换，将冷库所在房间的空气降温，因为氮气温度很低，所以同时具有比一般除湿器还更有效的除湿作用，实现了冷量回收、降温除湿和节能效果。

需要指出的是，所述存取门设置电子锁，所述电子锁与plc控制器连接，所述plc控制器的输出端连接电磁阀、电机、红灯和报警器，所述plc控制器的输入端连接开门请示按钮，所述库体内部设有库温传感器。

具有开门请示安全控制功能：冷库运行过程中，如需打开存取门取货，需按下冷库上的开门请示按钮，此时系统开始计时，30秒后系统报警，提示关门。此系统可防止冷库内氮气过多的泄露进房间，导致房间内氧含量过低造成人身安全事故。

开门请示安全控制逻辑为当操作人员需要开启冷库小门存取样本，需要首先按绿色的开门请示按钮，于是库内喷液电磁阀关闭、搅拌风扇关闭，以避免开门后液氮喷溅的人身造成伤害，经第一个延时后可以开门。当完成存取任务忘记关门并离去，经第二个计时(经确定的相当长的时间)后，计时报警器开始闪亮红灯并报警，液氮电磁阀自动喷液制冷，以保障库内样本不因库温长时间回升而受到损害。

库温传感器不参与控制，具有温度显示功能。门体、门铰链、门锁采用不锈钢材质，保证经久耐用，密封严密，不会有冷量泄露的情况发生。

更进一步来讲，还可以在本发明中考虑，所述超低温人类遗传资源样本库的外壁上设有空气含氧量传感器，所述空气含氧量传感器与plc控制器的输入端连接，所述plc控制器的输出端与房间排风机和进风电磁阀连接，所述房间排风机设置在用于放置库体的房间内，所述房间排风机与排风管道连接，所述排风管道上设有进风电磁阀。

基于冷库内的氮气有时可能部分溢出到冷库所在的房间中，为了确保工作人员的人身安全，进入冷库管理区域前，确保库内操作区域符合国家规定标准，空气氧气含量达标。冷库所在的房间配有低氧保护装置，即空气含氧量传感器。当打开库门存取样本或供液管路安全阀起跳等情况下，冷库所在的房间其含量将升高，那么氧气含量将降低，为了确保人身安全，我们在房间不同位置安装了两个空气含氧量检测仪，当任意一只空气含氧量检测仪检测到房间含氧量超标，随即现场声光报警，与此同时，房间排风机自动开启运行，房间进风口的进风电磁阀与此同时连锁开启，直到检测到房间含氧量达标为止。

样本库电气自动控制：

1，采用立式电控柜，电控柜柜体进行喷涂处理。双套触摸屏，双套plc控制器，控制系统中使用的所有控制器件、测量器件、电气元件都要求防护等级达到ip55，电控柜整体防护等级不低于ip54。

2，采用两套完全独立的电控系统，采用一台可扩展型plc与一台彩色触摸屏控制，触摸屏与电脑均可操作系统。温度控制精确，多路温度传感器，多梯次温度测量。可与微机联网实现历史数据保存、降温曲线、温度报表、历史故障记录打印功能。

整套冷库系统核心组成：不锈钢真空液氮管、液氮阀件、液氮雾化喷嘴、组合式保温板、电子式门锁、低氧保护装置、气体平衡系统、氮气排出低温风机、库内温度场均衡装置、热能回收装置、自动控制柜、库存智能管理及远传送系统等。协和干细胞低温冷库wms及实时监控系统：

具备的功能和特点

1，储位管制：低温冷库仓储位可视化管理，并且可以实现对储仓区域的快捷操作。

2，查验能力：通过货品扫码或者库存查询，实现对仓储中货物的准确定位，数据可以精确到操作人、操作时间、货品种类、名称及授权时间等信息。

3，全智能化：货品入库或出库，全智能按先进先出自动分配上下架库位，避免人为操作的繁琐和误操作。

4，仓库实时数据：实时掌控库存情况，通过对批次信息的自动采集，实现了对干细胞样本管理的可追溯性。

5，图形化可视化操作：通过可视化界面实现对wms软件的操作，界面功能分区合理，操作便捷。

6，系统稳定，且具备高可扩展性：系统软件设计采用bs架构，并且使用docker容器进行部署，系统稳定可靠，数据快速高效具有很强的可扩展性。

7，温度监控系统：可以实现对冷库温度、液氮制冷状态、报警信息及库外氧气含量等信息进行数据采集，满足用户在手机端及pc端对冷库状态信息的实时监控。

8，故障报警功能：当低温冷库发生故障时，用户和冷库厂家会第一时间接收到报警短信或报警微信信息，方便故障排查及维护。

9，数据存储功能：冷库温度数据具有历史存储功能，方便用户进行历史数据查询。

10，远程维护功能：厂家级设定参数支持云端数据修改，厂家维护人员可以针对冷库运行情况并对冷库系统参数进行动态调整，提高冷库运行稳定性，当冷库系统发生异常时可远提供售后降低冷库运行风险。

工作过程：

1，入库

通过生成并编辑入库单实现对货物的入库操作。入库单中包括产品名称、货架信息、入库计划数量及入库实际数量等信息。入库单的明细添加包括3种方式：

(1)通过操作入库单明细清单种的添加按钮，逐一添加入库明细。

(2)通过excel表格导入实现批量入库

(3)通过扫码实现批量入库导入。

2，出库

通过生成并编辑入库单实现对货物的入库操作。入库单中包括产品名称、货架信息、入库计划数量及入库实际数量等信息。出库单中包括出库单编号、出库分类及客户等信息。出库单的明细添加包括2种方式：

(1)通过出库单明细清单添加按钮，逐一添加出库明细

(2)通过连续录入模式，通过扫码批量进行出库操作。

综上所述，本发明提供一种增加冷库降温效果，使用液氮作为冷源且降温效果好、节能、存量大的超低温人类遗传资源样本库。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。