一种种子冷冻保存装置及方法与流程

本发明涉及一种冷冻保存装置及方法，具体涉及的是一种便携式种子冷冻保存装置及方法。

背景技术：

农业生产中最重要的物资就是种质资源，在正常条件下，种子一般是通过连年生产制种留种来保存的，但保存时间较长的种子，其活力与出芽率都会大幅降低，甚至不萌发。采用低温冷藏技术可使得保存时间较长，也可让种子保持活力。常规压缩式制冷产生的低温空气虽然可让种子休眠，但是由于空气导热系数小，使得种子低温预处理过程需要的时间非常长，需要3到5个小时，由于温度变化非常缓慢，冰结晶首先在种子细胞间产生，然后细胞内又产生了冰结晶，这样就导致细胞内外压力不均衡，从而破坏了原生质和细胞膜，可能导致细胞裂解、死亡。另外，压缩制冷设备体积较大，设备昂贵，不利于在普通农户中进行普及使用。

受细胞低温冰结晶理论的启发，结合创新的冻结曲线，本发明利用具有特定成分的活力液对种子进行冷冻保存前的预处理，大大缩短预处理时间，调节原生质体的过冷状态，尽量避免种子内部形成冰晶，进而防止谷物种子细胞在冷冻过程中的损伤。另外，本发明还提出采用温差制冷片梯级制冷方式，达到缩小装置体积、减少投资等目的，实现种子冷冻保存装置的便携化，便于在普通农户中普及应用。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明提供一种防止谷物种子细胞在冷冻过程中的损伤、便于在普通农户中普及应用的便携式种子冷冻保存装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种便携式种子冷冻保存装置，包括外箱，其特征在于：在所述外箱内设置有温度调控器以及热扩展层，所述温度调控器为可变导相变腔体容器，在可变导相变腔体容器的空腔上部有一存有不凝气体的贮气室，在可变导相变腔体容器的空腔下部有一存有工作液体的储液室，在所述储液室的内壁贴有一层充有工作液体的吸液芯；所述热扩展层为相变腔体容器，在相变腔体容器的空腔内也存有工作液体，在相变腔体容器的空腔壁也贴有一层充有工作液体的吸液芯；在所述温度调控器和热扩展层之间设置有第一级温差制冷片，第一级温差制冷片的冷端与所述温度调控器的外壁接触，第一级温差制冷片的热端与所述热扩展层的内壁接触，在所述热扩展层上设置有第二级温差制冷片，第二级温差制冷片的冷端与所述热扩展层的外壁接触，在第二级温差制冷片的热端设置肋片，在所述外箱内还设置有风扇以及供电模块，所述风扇正对所述肋片，所述供电模块与所述第一级温差制冷片和第二级温差制冷片连接。

所述肋片包括基板以及肋翅，所述肋翅呈“米”字形分布于基板上；每条所述肋翅由中点呈30°角向两侧延展。

所述供电模块包括锂电池及与其输出端相连的控制充、放电参数的充、放电控制模块。

所述外箱包括底板和位于所述底板上的上箱，所述供电模块设置在所述底板上，所述温度调控器以及热扩展层位于所述上箱内。

在所述上箱上还设置有一绝热盖板，该绝热盖板位于所述第一低压空腔容器的上端开口处。

一种采用种子冷冻保存装置冷冻保存种子的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、配置用于预处理的活力液；

步骤二、将配置好的活力液放置到温度调控器内，利用温差制冷片进行梯级制冷，将所述活力液温度维持在-60 ~ -30℃；

步骤三、进行温度调控，将所述活力液维持在该温度水平；

步骤四、将种子用丝网包裹并将之浸入所述活力液，种子浸入所述活力液进行预处理的时间为2~12分钟；

步骤五、排空所述活力液，对种子进行空冷。

所述活力液成分为：植物抗冻糖蛋白0.1%~0.5%，10~15%的氯化钠，15~30%的乙醇，1~3%的甲壳素以及余量的水。

所述活力液的优选成分为：植物抗冻糖蛋白0.3%，12.5%的氯化钠，22.5%的乙醇，2%的甲壳素以及82.7%的水。

所述梯级制冷是由内、外两层的第一级温差制冷片、第二级温差制冷片及其中间的热扩展层进行制冷，外层温差制冷片的冷端通过所述热扩展层对内层所述温差制冷片的热端进行冷却，使内层所述温差制冷片的冷端达到更低的温度。

在温度调控器内设置有丝网，丝网孔径不大于1mm以防止种子漏出。

绝热盖板由绝热材料板和便于移动的把手组成，可大幅度降低活力液与外界散热，缩短处理时间，提高效率，减少功耗。

温度调控器为一可变导相变腔体容器，在其空腔上部有一存有不凝气体的贮气室，空腔内壁紧贴一层吸液芯，空腔下部有适量工作液体。吸液芯充有工作液体。当活力液温度升高时，工作液体在热作用下发生蒸发相变，空腔中气体压力增大，不凝气体体积减小，温差制冷片有效工作面积增大，单位时间内活力液对外传热量增加，温度降低，进而达到控制温度的目的。活力液正常高度应为温度调控器深度的1/3以保障温度调控器稳定工作。

热扩展层为一常规相变腔体容器，在其空腔内壁紧贴一层吸液芯，空腔下部有适量工作液体。吸液芯充满所述工作液体。当第一级温差制冷片因所述温度调控器内不凝气体膨胀导致有效工作面积减少、制冷出力减少时，第二级温差制冷片可通过热扩展层内发生的蒸发-冷凝相变换热作用冷却第一级温差制冷片的热端。热扩展层设计大大提升了第二级温差制冷片的冷却面积，并且蒸发-冷凝相变换热性能非常优越，有利于提升温差制冷性能。所述热扩展层上方有一圈包覆有绝热保温材料的固定环，便于所述热扩展层与所述外箱的固定。

外箱装有风扇与供电模块，有利于供电模块的散热，保证供电安全。风扇正吹肋片以加强温差制冷片的散热，提高工作效率，减少能耗。供电模块包括锂电池及与其输出端相连的控制充、放电参数的充、放电控制模块。所述外箱为金属壳体，内、外壁设有若干孔，方便所述风扇散热与所述温差制冷片的供电；上部设有攻丝孔，方便所述热扩展层的固定。

温度开关位于温度调控器内部，高于-30℃时接通；指示灯串联在其支路中。档位开关位于预处理档时，温差制冷片全部工作；位于后处理档时，温差制冷片部分工作，由温度开关控制其余部分的通断。指示灯便于用户了解装置工作状态：发光，则温度调控器内盛放的冷却介质高于设定温度，不可进行操作；熄灭，则装置达到工作状态，可进行操作。

有益效果

本发明涉及一种种子冷冻保存装置及方法。本发明利用-60~-30℃仍能保持液体状态的活力液对种子进行冷冻保存前的预处理，能在较短时间内快速冷冻避免种子内部形成冰晶而使得种子细胞损伤，进而增强种子活力；利用温差制冷片梯级制冷达到缩小装置体积、减少投资等目的，实现种子冷冻保存装置的便携化，便于在普通农户中普及应用。

附图说明

图1 种子冷冻保存装置轴测图；

图2种子冷冻保存装置爆炸图；

图3温度调控器剖面示意图；

图4为图3的A部放大示意图；

图5热扩展层剖面示意图；

图6为图5的B部放大示意图；

图7 种子冷冻保存装置电路图；

图8星形肋片轴测图；

图9热扩展层侧壁腔室气液相流动示意图。

图中，1. 绝热盖板；2. 温度调控器；3. 温差制冷片；4. 热扩展层；5.肋片；6.上箱；7. 风扇；8.供电模块；9.底板；10. 外箱的散热孔；11.贮气室；12. 温度调控器内的吸液芯；13. 热扩展层内的吸液芯；14. 固定环；15. 绝热保温层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行更为详细的说明：

本发明提出的一种便携式种子冷冻保存装置，整体如图1所示，爆炸图如图2所示，包括活力液，丝网，绝热盖板1，温度调控器2，温差制冷片3，热扩展层4，星形肋片5，装有供电模块8与风扇7的外箱，档位开关，温度开关与指示灯。

绝热盖板由绝热材料板和便于移动的把手组成，覆盖在温度调控器的敞口上。

活力液的优选成分为植物抗冻糖蛋白0.3%，12.5%的氯化钠，22.5%的乙醇，2%的甲壳素以及82.7%的水。

丝网置于温度调控器中，孔径为小于1mm。

如图3、图4所示。温度调控器为一可变导相变腔体容器，其空腔上部有一存有不凝气体的贮气室11，空腔内壁紧贴一层吸液芯，空腔下部有适量工作液体。吸液芯充有工作液体。吸收活力液的热量，空腔侧壁吸液芯中的工作液体发生蒸发相变，产生气体，遇到与第一级温差制冷片冷端相贴的外壁后放热凝结，冷凝液沿壁面流至空腔下部液体中。

如图5、图6所示。热扩展层为常规相变腔体容器，其空腔内壁紧贴一层吸液芯，空腔下部有适量工作液体。吸液芯充有工作液体。

热扩展层侧壁腔室内气液两相流动如图9所示。吸收第一级温差制冷片热端的热量，空腔侧壁吸液芯中的工作液体发生蒸发相变，产生气体，遇到与温差制冷片冷端相贴的外壁后放热凝结，冷凝液沿壁面流至空腔下部液体中。在毛细芯毛细力的作用下，吸液芯下方的液体上升并发生蒸发，进而源源不断地实现循环热量传递。

温差制冷片通过供电模块对其充电进行梯级制冷。内层温差制冷片的冷、热两端面分别与温度调控器的外壁、热扩展层的内壁相贴。外层温差制冷片的冷端紧贴热扩展层的外壁，热端贴有肋片。

肋片如图8所示：肋翅呈“米”字形分布于基板上；每条肋翅由中点呈30°角向两侧延展。

外箱分为上箱6与底板9两部分。上箱的上部设置攻丝孔，内、外壁均布置若干孔道，内、外壁间布置正吹肋片的风扇。在底板上布置供电模块。上箱与底板采用金属材料，如铝合金、退火钢等。

供电模块包括一锂电池和一充、放电控制模块。锂电池通过充、放电控制模块进行充电和对温差制冷片供电。

温度开关位于温度调控器内部，高于-30℃时接通；指示灯串联在其支路中。档位开关位于预处理档时，温差制冷片全部工作；位于后处理档时，温差制冷片部分工作，由温度开关控制剩余温差制冷片的通断。