УЛЬТ морозильник
Морозильная камера сверхнизкой температуры (ULT) — это холодильник , в котором содержимое хранится при температуре от –80 до –86 °C (от –112 до –123 °F). [1] Морозильную камеру со сверхнизкой температурой обычно называют «морозильной камерой с минус 80» или «морозильной камерой с отрицательной температурой 80», имея в виду наиболее распространенный температурный стандарт. [2] Морозильники ULT бывают вертикальными и морозильными камерами.
Приложение
[ редактировать ]
В отличие от краткосрочного хранения образцов при температуре от +4 до -20 °C (от 39 до -4 °F) с использованием стандартных холодильников или морозильников, многие лаборатории молекулярной биологии или медико-биологических наук нуждаются в долговременной криоконсервации (включая « холодовую цепь » и/или или инфраструктуры « холодной цепи ») для биологических образцов, таких как ДНК , РНК , белки , клеточные экстракты или реагенты. Чтобы снизить риск повреждения образцов, эти типы образцов требуют чрезвычайно низких температур от –80 до –86 °C (от –112 до –123 °F). Клетки млекопитающих часто хранят в сосудах Дьюара, содержащих жидкий азот при температуре -196 ° C (-320,8 ° F). [3] [ не удалось пройти проверку ] Криогенные морозильные лари могут достигать температур от -150 ° C (-238 ° F) до -152 ° C (-242 ° F). [4] и может включать резервный жидкий азот.
Биологические образцы в морозильных камерах ULT часто хранятся в полимерных пробирках и микропробирках, обычно внутри коробок для хранения, которые обычно изготавливаются из картона, полимерного пластика или других материалов. Микропробирки помещают в коробки для хранения с решеткой-перегородками, которые обычно позволяют хранить 64, 81 или 100 пробирок. Стандартные морозильники ULT могут хранить примерно от 350 до 450 коробок для микропробирок. [5]
Морозильники ULT широко используются при консервировании рыбы и мяса. [6] Индустрия лова тунца требует использования морозильников ULT. [ нужна ссылка ]
Морозильные камеры ULT обычно оснащаются системами сигнализации, которые удаленно оповещают назначенные стороны в случае неисправности морозильной камеры. [ нужна ссылка ]
Время вытягивания
[ редактировать ]Время понижения определяется как время, необходимое для охлаждения морозильной камеры ULT от температуры окружающей среды до выбранной температуры от –80 до –86 °C (от –112 до –123 °F). Время сильно зависит от типа изоляции, эффективности компрессорной системы, а также установленных металлических полок внутри морозильной камеры. В начале XXI века морозильники ULT могли охлаждаться за 3–5 часов. Время прогрева обычно составляет 1/8 °C в минуту. [ нужна ссылка ]
Потребление энергии
[ редактировать ]Из-за низкой температуры морозильники ULT потребляют большое количество электроэнергии. [7] и, следовательно, дороги в эксплуатации. В 2010 году в Стэнфордском университете было более 2000 ULT-морозильников, которые потребляли примерно 40 миллиардов БТЕ энергии и обходились университету в 5,6 миллиона долларов в год. Новые морозильники ULT потребляют меньше энергии. [8] Тем не менее, всеобъемлющий отчет, опубликованный в 2015 году Центром энергоэффективных лабораторий (финансируемым коммунальными компаниями Pacific Gas & Electric , Southern California Edison и San Diego Gas & Electric в рамках их программы Emerging Technologies), показал, что лаборатории в Калифорнии потребляют оценивается в 800 ГВтч/год, причем наибольший вклад в эту сумму вносят морозильники ULT. [9]
В последние годы некоторые ученые начали предлагать, чтобы лаборатории устанавливали температуру в морозильных камерах на температуру –70 °C вместо –80 °C, чтобы экономить энергию и уменьшать износ компрессора морозильной камеры. [10] [11]
В зависимости от объема морозильной камеры, частоты открытия пользователей, а также количества образцов потребление энергии начинается от ок. 11 кВтч/день и выше. Чтобы снизить потребление энергии, изоляция должна быть максимально эффективной. Дополнительные внутренние двери уменьшают потерю температуры при открытии основной двери. Обледенение внутри морозильной камеры ULT должно быть сведено к минимуму. В современных морозильных камерах ULT используются приводы с регулируемой скоростью как для компрессоров, так и для вентиляторов. Это позволило снизить потребление энергии еще на 30%, обычно до 8,5 кВтч/день. [ нужна ссылка ]
Холодильный цикл
[ редактировать ]Морозильники ULT, в которых используется каскадная система охлаждения (CR), потребляют в 20 раз больше энергии, чем бытовые холодильники, и используются для охлаждения с помощью жидкостей, вызывающих парниковый эффект (обычно гидрофторуглерод R-508B ). [7] В современных морозильных камерах ULT используются газовые смеси углеводородов (т.е. углеводородов ): обычно этан и пропан . Это также повысило их эффективность почти на 30% по сравнению с обычными морозильными камерами, работающими на ХФУ или ГФУ. [ нужна ссылка ] В качестве альтернативы морозильники ULT могут использовать обратный цикл Стирлинга (охладитель Стирлинга) для охлаждения. [7]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Гумапас, Лео Анджело М.; Саймонс, Гленн (2013). «Факторы, влияющие на производительность, энергопотребление и углеродный след морозильников со сверхнизкими температурами: тематическое исследование Национальных институтов здравоохранения». Мировой обзор науки, технологий и устойчивого развития . 10 : 129. дои : 10.1504/WRSTSD.2013.050786 . S2CID 110910956 .
- ^ «Программа сверхнизкотемпературных морозильников | Устойчивое развитие Пенсильвании» . www.sustainability.upenn.edu . Проверено 11 ноября 2020 г.
- ^ Маккалоу, Джеффри (13 ноября 2009 г.). «Долговременная криоконсервация клеток человека и других млекопитающих при температуре -80°C в течение 8 лет» . Переливание . 50 (4): 808–819. дои : 10.1111/j.1537-2995.2009.02482.x . ПМИД 19912586 . S2CID 20075515 . Проверено 27 февраля 2021 г.
- ^ «Эволюция лабораторных холодильников и морозильников» .
- ^ «Криогенные и морозильные боксы» . Фишер Сайентифик . Проверено 27 февраля 2021 г.
- ^ «Обзор рынка консервации продуктов питания сверхнизкотемпературных морозильников (ULT Морозильники) на 2021 год: анализ структуры производственных затрат, возможности и ограничения роста до 2026 года» . Фишер Сайентифик . Проверено 10 сентября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Берховиц, Дэвид; Квон, Ёнграк (2012). «Экологические характеристики сверхнизкотемпературных морозильников с охлаждением Стирлинга и каскадным охлаждением» . Устойчивость . 4 (11): 2838–2851. дои : 10.3390/su4112838 .
- ^ Дики, Гвинет (2 июня 2010 г.). «Программа выхода на пенсию морозильников: долой холод, вперед с новым» . Стэнфордский университет . Проверено 11 ноября 2020 г.
- ^ Рай, Эллисон (12 марта 2015 г.). «Рыночная оценка возможностей повышения энергоэффективности в лабораториях» (PDF) . Проверено 24 октября 2022 г.
- ^ «Чтобы найти способы озеленить свою лабораторию, начните с морозильной камеры» . Новости химии и техники . Проверено 11 ноября 2020 г.
- ^ «Холодное хранилище» . Зеленые лаборатории: Массачусетский технологический институт . Проверено 11 ноября 2020 г.