Thermo Scientific™ TSX 系列變頻超低溫冰箱白皮書

--最佳樣品保護，最低能量消耗

實驗室的樣品無比珍貴的，它不僅代表您已經取得的豐碩結果，而且是您開展未來工作的基礎。因此，實驗室高度依賴可達-80℃超低溫的冷凍設備來儲存樣品，以減少樣品內的生化活動和維持其結構完整，使樣品在化凍后保持活性。
 

日常的樣品保護僅僅只是故事的一部分，不僅超低溫冰箱要能夠從取放樣品造成的溫度波動中快速恢復穩(wěn)定，而且冰箱的性能和冰箱的制造也必須要保持一個良好的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。冰箱制冷系統(tǒng)的發(fā)展史是有趣的，早期作為制冷劑使用的傳統(tǒng)化合物能耗非常高，因此節(jié)能環(huán)保，降低運行成本就成了冰箱升級發(fā)展的一大驅動力。

 

常用的超低溫冰箱在一天的工作中將會被多次開門，使用者可以便捷的存取樣品。任何開門事件都會導致冰箱的熱負荷。冰箱隨后要啟動工作盡快回溫，以維持箱體內部穩(wěn)定的溫度，避免任何潛在的樣品損害。這個恢復期能耗較大，壓縮機將全功率運行以補償溫度上升。
 

冰箱在熱負荷的情況下，箱體內達到均一穩(wěn)定設定溫度的能力是由平均英熱單位（BTU）的儲備能力決定的。具有低 BTU 儲備能力的冰箱比高 BTU 儲備能力的冰箱耗能低，然而它需要更長的時間消除熱負荷回溫。Thermo Scientific TSX 系列超低溫冰箱專為克服該挑戰(zhàn)而設計，其具有獨特的 V-drive 技術。

V-drive 技術讓 TSX 冰箱的壓縮機根據實際情況進行變速運行，而傳統(tǒng)的壓縮機則被迫不斷循環(huán)啟停。V-drive 技術讓冰箱可以根據目前的熱負荷自動調節(jié) BTU 儲備能力，即當門開啟時壓縮機無需被迫快速全功率啟動。

穩(wěn)定情況下，如周末、夜晚，V-drive 壓縮機維持低速運行而非完全停止，在節(jié)能的同時也可在需要的情況下快速回溫。（如圖 1）。因此，TSX 變頻超低溫冰箱回溫快速（例如開門 60 秒僅需 24 分鐘即可快速回溫，而傳統(tǒng)制冷劑的冰箱需要 50 分鐘之久），高效節(jié)能¹。壓縮機變頻驅動與自動調控相結合，可有效優(yōu)化壓縮機運行速率和節(jié)約能耗。

 

圖 1 與傳統(tǒng)壓縮機周期性的啟停不同，V-drive 的壓縮機則根據當前情況調節(jié)壓縮機速率，例如新機啟動、門開啟時壓縮機速率加快。在門關閉的正常情況下，壓縮機以低速運行維持設定的溫度值。

 

 

除了在熱負荷時能夠快速回溫，TSX 系列超低溫冰箱還可以為您提供極高水平的溫度均一性，維持穩(wěn)定的內部溫度并減少冰箱能耗。在高性能模式下，整個箱體內部的溫度偏差差值小于 6℃，與外部顯示之間的差值小于 2℃。在對溫度熱控有嚴格要求的應用中這個精度的差值是非常重要的。

神奇的制冷劑

除了超低溫冰箱機械方面的影響，化學制冷劑的選擇也有著直接的影響，尤其是在效率和潛在的環(huán)境影響方面。90 年代中期，氯氟烴（CFC）制冷劑被廣泛應用在商業(yè)領域中。CFCs，俗稱氟利昂，最初以低毒性、低反應性和低可燃性作為非常有效的制冷劑。然而它也被發(fā)現對臭氧層有嚴重的破壞作用，1990 年的蒙特利爾議定書中呼吁減少并不再使用 CFCs 作為制冷劑，2000 年時完全停止使用。逐漸改用氫氟碳化物作為替代制冷劑，然而最初被認為比 CFCs 有優(yōu)勢的 HFCs 也對臭氧層有破壞作用，依然表現出顯著的全球變暖趨勢（GWP）。
 

近年來，超低溫冰箱的制造商紛紛把目光投向自然的碳氫制冷劑。烴具有非常良好的熱力學性能，已被證明是非常有效的制冷劑，低 GWP 且對臭氧層無破壞。雖然很多碳氫化合物是易燃的，但許多國際、區(qū)域以及國家標準已經到位，用于規(guī)范和最小化這種風險，并且告知銷售者，使用的產品已經經過充分的測試 ⁴。Thermo Scientific TSX 系列冰箱使用這種自然制冷劑，以產品安全最高標準為設計原則，幫助客戶使用最安全的產品，并告知客戶詳情。

熱交換

超低溫冰箱的熱交換機制對整個箱體的效率都至關重要。多數超低溫冰箱，包括Thermo Scientific TSX 系列冰箱，都使用直接熱交換的機制，膨脹的低溫制冷劑流經纏繞在冰箱外部的銅管蒸發(fā)器，和冰箱內部發(fā)生熱交換，帶走熱量，冷卻樣品。
 

另一種是間接熱交換的機制，額外需要熱傳導的中間液體，作為第二種制冷劑在蒸發(fā)器冷卻然后被推進熱交換器（類似于一棟大樓的空調系統(tǒng)，冷水在空氣冷卻器中分布）。
 

Thermo Scientific TSX 系列超低溫冰箱采用直冷機制，使得制冷系統(tǒng)高效運行，在開門和新存放樣品增加熱負荷時可以快速回溫。

 

 

超低溫冰箱不僅部件眾多，制冷技術復雜；而且儲存于其中的樣品具有更高的內在價值，所以讓使用者明確他們所使用的設備是否符合各項規(guī)范和標準至關重要。現在大部分的冰箱都有一個直觀的標志可供查看。其中最著名的是 CE 和 UL 標準，Thermo Scientific TSX 系列冰箱都符合這兩種標準。

字母 CE 出現在一系列在歐洲經濟區(qū)銷售使用的產品上，CE 標志是一個自我宣告。

· 表示制造商已經確認這些產品符合歐盟安全、衛(wèi)生和環(huán)保要求

· 表示該產品符合歐盟法規(guī)要求

· 該產品允許在歐洲市場上自由交易制造商需要有紙質文件用以支持產品符合標準要求。一旦發(fā)現產品不合規(guī)，CE 標志可能會被撤銷。
 

字母 UL 表示保險商實驗室已測試過產品，并成功確定滿足 UL's 的要求。UL 是美國全球咨詢公司，美國聯邦職業(yè)安全與健康管理局（OSHA）授權其進行安全測試。UL 標志出現在產品和其完整零部件上表明其符合工廠和現場安裝的要求。此外，保險商實驗室進行定期審查，以確保其繼續(xù)遵守標準。

環(huán)境友好，經濟高效

值得慶幸的是，可持續(xù)的、環(huán)保的解決方案日益成為很多科學制造業(yè)關注的焦點。它正迅速成為一個公認的標準，設備制造業(yè)應該盡可能減小對環(huán)境的影響，最終的設備應該是低能耗的、經濟高效的。
 

TSX 超低溫冰箱創(chuàng)新的設計結合獨特的技術 V-drive，使得它比現在使用的傳統(tǒng)冰箱更加節(jié)能。 TSX 冰箱經測試每個凍存盒每天少使用 0.015kWh 的電，比傳統(tǒng)制冷劑冰箱少 50% 的能耗（圖 2）。在一年的過程中，TSX 冰箱預計耗費 3175.5kWh ，而傳統(tǒng)制冷劑冰箱則平均需要 6570kWh⁵。
 

節(jié)省能量也意味著節(jié)省開支（圖 3），因此 TSX600V 在 10 年的時間里可以節(jié)省高達 4412.85 美金⁶。

 

圖 2 市面上流行的幾款冰箱每個凍存盒節(jié)能情況

 

圖 3 一個凍存盒儲存一年的成本計算。根據各個制造商 2015 年 2 月 26 日發(fā)布的能耗數據以及每度電 0.12 歐元計算
 

Thermo Fisher Scientific 深知采用可持續(xù)技術的必要性，并在生產超低溫冰箱的工廠中采用綠色環(huán)保方法。例如我們改用水發(fā)泡沫絕熱層，避免了其他常見泡沫容易出現的制冷劑氣體釋放。我們的 TSX 超低溫冰箱屢獲殊榮，零廢物填埋排放，支持 93% 的回收和 7% 廢物的轉化為能源。

樣品儲存的更多信息

Thermo Scientific TSX 超低溫冰箱采用 V-drive 技術，可在開門取放樣品后快速回溫，減小溫度波動，確保您儲存的樣品安全可靠。它超越了簡單的可靠性，提供給客戶環(huán)境友好的、現代化的、可持續(xù)發(fā)展的低能耗設備，是樣品安全儲存的最佳選擇。
 

欲了解更多關于Thermo Fisher Scientific 和 TSX 系列超低溫冰箱的信息，請登錄：

www.thermoscientific.com/tsx
 

1.Data on file. Thermo Scientific TSX600V tested compared to TSU600V data with highperformance mode.

2.UNEP, 1990. Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer - Article 2A: CFCs, Availableat: http://ozone.unep.org/en/Treaties/hb_treaties_decisions-fbb.php?sec_id=5.

3.Velders, G.J.M. et al., 2012. Preserving Montreal Protocol Climate Benefits by Limiting HFCs. Science, 335(6071), pp.922–923.

4.BRA, 2012. Preserving Montreal Protocol Climate Benefits by Limiting HFCs, Available at: https://www.feta.co.uk/uploaded_images/files/BRA Guide to Flammable Refrigerants - Issue 1 - Oct 12.pdf.

5.Calculated based on manufacturer published energy consumption data as of 2/26/2015 and energy cost assumption of 0.12 euros / kWh. Energy consumption is based on manufacturer published energy consumption data as of 2/26/2015. Data on fi le. Thermo Scientific TSU600V data with high-performance mode.

6.Calculated using data from the European Commission’s published electricity and natural gas price statistics. http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Electricity_and_natural_gas_price_statistics.AccessedMarch, 2015.