专利名称：内加热加压喷射式液氮程序降温仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种广泛应用于生物、医疗、畜牧、水产、食品等领域的内加热加压喷射式液氮程序降温仪。
低温生物学研究表明，在进行生物材料的低温保存时，不同的细胞要求不同的降温和复温程序，一些复杂的细胞还要求降温程序分成多段进行，每段具有不同的冷却速率。为了满足生物材料低温保存降温过程的要求，借助计算机技术的发展，人们逐步研制成功了用微机控制的程序降温仪，它已经成为实现生物材料低温保存技术的一个关键设备。根据降温及控制原理的不同，目前较常用的降温仪大致可以分成两类①液氮喷射式降温仪，它是由美国的GuenterBaartz等人于70年代末研制成功的，该仪器主要由液氮输送系统、控制系统和冷腔组成。②利用液氮容器内气相区温度梯度的升降式降温仪，它是由上海理工大学研制成功并申请了专利ZL91215370.9，该仪器中液氮输送装置与冷腔合二为一。上述两种类型的程序降温仪在生物、医疗、畜牧、水产、食品等部门得到广泛的应用的同时，也暴露出各自的弱点。液氮喷射式降温仪价格昂贵，又由于该仪器液氮输送管路中安装低温电磁阀，这种电磁阀是工作在低温状况下，空气中水蒸汽会在阀上结露、结霜，会损坏电磁阀的线圈和电路系统；也容易造成阀门关闭不严禁等情况；一般生物材料用升降式降温仪降至-60℃或-80℃，即可直接进入液氮保存，但对于液氮喷射式降温仪，当达到这一温度时，需将生物材料由降温仪冷却室取出后放在液氮容器中，这样容易引起温度回升；对于需要进行数小时甚至数天连续极慢速降温的控制过程试验，若采用喷射式降温仪，因液氮耗量较大，在降温过程中需要向杜瓦液氮容器补充液氮，会干扰降温程序。而采用升降式降温仪，其试验样品是在液氮容器内气相区中进行的，这样试样的大小和形状就受到液氮容器空间几何形状的约束；液氮容器内气相区是与空气相通，其温度梯度易受到周围环境的影响，且试样在液氮容器内的温度梯度方向的尺寸不能太大。
因此，本实用新型为了克服前述的两种类型的降温仪的所存在的缺点，提供一种内加热加压喷射式程序降温仪，它既能够进行批量试样试验，同时又做到试验成本低且试验性能可靠。
本实用新型的技术方案是这样来实现的，它由数据采集和控制装置、旋流器、热电偶、绝热箱、支架、输液氮管、加热丝及液氮容器构成。用于液氮加热的加热丝与输液氮管相固定，同置于充有液氮的液氮容器中，加热丝上端与数据采集和控制装置连接，输液氮管口从顶部进入绝热箱，在其进入处置有旋流器，以使气流在箱内旋转，绝热箱内置有用来放置被冷却的对象的支架和用于测量被冷却的对象温度的热电偶，热电偶与数据采集和控制装置连接。
本方案的原理是固定在输液氮管的加热丝可发出一定的热量，液氮容器内的液氮得到热量后，蒸发速度加快，从而使液氮容器内的压力增大。这样，液氮受压后经输液氮管进入绝热箱，在旋流器作用下，液氮和气氮混合物在箱体内螺旋下降，使温度均匀。电加热器所施加的热量大小是根据绝热箱内热电偶实测的被冷却的对象温度和设定的温度程序之差别，由控制系统调节的。改变加热丝的加热功率，就可以改变液氮容器内的压力，从而也就可以控制液氮经输液氮管的量，达到控制绝热箱内温度的目的。由于本实用新型是基于上述原理而设计的，液氮输送系统巧妙利用液氮的自然物性来输送液氮，因此，本方案是不设置易引起液氮堵塞和泄漏的低温电磁阀加以及气氮压液氮输送管路，这样使本方案结构简单，成本低，性能可靠。
本实用新型实施例结合附图作进一步说明。
图1为内加热加压喷射式液氮程序降温仪结构原理图，图2为加热丝结构图；图3为加热功率控制原理图；图4为降温仪的分段降温例图。
由图1所示，内加热加压喷射式程序降温仪由数据采集和控制装置1、旋流器2、热电偶3、绝热箱5、支架6、输液氮管8、加热丝9及液氮容器10构成，用于液氮加热的加热丝9与输液氮管8相固定同置于充有液氮7的液氮容器10中，输液氮管8管口从绝热箱5顶部进入。在其进入处置有旋流器2，绝热箱5内置有用来放置被冷却的对象4的支架6，用于测量被冷却的对象4温度的热电偶3与数据采集和控制装置1连接。由图2所示，加热丝9两端与导线11、12连接，并设置有保护外套13与保护内套14。由图3所示，加热控制单元由比较放大器15、三极管16、固态继电器17及交流电源18组成，加热丝9与固态继电器17及交流电源18相连接。在这里，热电偶实时记录的温度为热电势信号，它经放大器放大后与预设值经比较放大器15比较。若比较值大于零，则三极管16导通，从而使加热丝9加热；若比较值小于等于零，则三极管16截止，加热丝9停止加热。预设值的设定和改变事先用程序置入电脑，冷却的程序也同样事先置入电脑。图4为降温仪的分段降温例图，图中所表示的段1为从初温(25℃)以每分钟1℃降温至0℃；段2为从0℃以每分钟5℃降温至-20℃；段3为从-20℃以每分钟10℃降温至-40℃；段4为从-40℃以每分钟20℃降温至-60℃；段5为从-60℃以每分钟10℃降温至-100℃。
权利要求1.一种由数据采集和控制装置、液氮输送装置、冷腔组成的内加热加压喷射式液氮程序降温仪，其特征在于，它是由数据采集和控制装置(1)、旋流器(2)、热电偶(3)、绝热箱(5)、支架(6)、输液氮管(8)、加热丝(9)及液氮容器(10)构成，用于液氮加热的加热丝(9)与输液氮管(8)相固定，同置于充有液氮(7)的液氮容器(10)中，输液氮管(8)管口从绝热箱(5)顶部进入，在进入处置有旋流器(2)，绝热箱(5)内置有用来放置被冷却的对象(4)的支架(6)，用于测量被冷却的对象(4)温度的热电偶(3)与数据采集和控制装置(1)连接。
2.根据权利要求1所述的内加热加压喷射式液氮程序降温仪，其特征在于，所述的数据采集和控制装置(1)中的加热控制单元由比较放大器(15)、三极管(16)、固态继电器(17)及交流电源(18)组成，加热丝(9)与固态继电器(17)及交流电源(18)相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种用于生物、医疗、畜牧、水产、食品等领域的内加热加压喷射式液氮程序降温仪,特点是它由数据采集和控制装置、旋流器、热电偶、绝热箱、支架、输液氮管、加热丝及液氮容器构成,加热丝与输液氮管固定置于液氮容器中,加热丝与数据采集和控制装置连接,输液氮管口从绝热箱顶部进入,并置有旋流器,绝热箱内置有支架,热电偶与数据采集和控制装置连接,优点是无低温电磁阀以及高压氮气的液氮输送管路,结构简单,成本低,性能可靠。
文档编号G05D23/20GK2432613SQ0021810
公开日2001年5月30日 申请日期2000年6月20日 优先权日2000年6月20日
发明者彭海柱, 华泽钊, 陶乐仁 申请人:上海理工大学