stringtranslate.com

Морозильник ULT

Стандартный вертикальный морозильник с температурой минус 80 градусов

Морозильник сверхнизкой температуры (ULT) — это холодильник , в котором содержимое хранится при температуре от −80 до −86 °C (от −112 до −123 °F). [1] Морозильник сверхнизкой температуры обычно называют «морозильником с температурой минус 80» или «морозильником с температурой минус 80», что соответствует наиболее распространенному стандарту температуры. [2] Морозильники ULT выпускаются в вертикальном и горизонтальном форматах.

Приложение

Ученый помещает образцы в морозильную камеру с температурой минус 80 градусов.

В отличие от краткосрочного хранения образцов при температуре от +4 до −20 °C (от 39 до −4 °F) с использованием стандартных холодильников или морозильников, многим лабораториям молекулярной биологии или естественных наук требуется долгосрочная криоконсервация (включая инфраструктуры « холодовой цепи » и/или « более холодной цепи ») для биологических образцов, таких как ДНК , РНК , белки , клеточные экстракты или реагенты. Чтобы снизить риск повреждения образцов, этим типам образцов требуются чрезвычайно низкие температуры от −80 до −86 °C (от −112 до −123 °F). Клетки млекопитающих часто хранятся в дьюарах , содержащих жидкий азот при температуре −196 °C (−320,8 °F). [3] [ проверка не пройдена ] Криогенные морозильные лари могут достигать температур от −150 °C (−238 °F) до −152 °C (−242 °F) [4] и могут включать резервный жидкий азот.

Биологические образцы в морозильниках ULT часто хранятся в полимерных трубках и микротрубках, как правило, внутри коробок для хранения, которые обычно изготавливаются из картона, полимерных пластиков или других материалов. Микротрубки помещаются в коробки для хранения, содержащие сетку разделителей, которые обычно позволяют хранить 64, 81 или 100 трубок. Стандартные морозильники ULT могут хранить приблизительно от 350 до 450 коробок с микротрубками. [5]

Коробки, обычно используемые для хранения образцов в лабораторных морозильниках.

Морозильные камеры ULT широко используются для консервирования рыбы и мяса. [6] В отрасли ловли тунца требуется использование морозильных камер ULT. [ необходима ссылка ]

Морозильные камеры ULT обычно оснащены системами сигнализации, которые дистанционно оповещают уполномоченные стороны в случае неисправности морозильной камеры. [ необходима цитата ]

Время спуска

Время понижения определяется как необходимое время для охлаждения морозильника 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 от установленных металлических полок внутри морозильника. В начале двадцать первого века морозильники ULT могли охлаждаться в течение 3–5 часов. Время нагрева обычно составляет 1/8 °C в минуту. [ необходима цитата ]

Потребление энергии

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 морозильников ULT, которые потребляли около 40 миллиардов БТЕ энергии и обходились университету в 5,6 миллионов долларов в год. Более новые морозильники ULT потребляют меньше энергии. [8] Тем не менее, всеобъемлющий отчет, опубликованный в 2015 году Центром энергоэффективных лабораторий (финансируемым компаниями Pacific Gas & Electric , Southern California Edison и San Diego Gas & Electric в рамках их программы Emerging Technologies), показал, что лаборатории в Калифорнии потребляли около 800 ГВт-ч/год, причем морозильники ULT вносили наибольший вклад в это общее количество. [9]

По крайней мере еще в 2018 году некоторые ученые предложили лабораториям устанавливать в морозильниках температуру –70 °C вместо –80 °C, чтобы экономить энергию и уменьшать износ компрессора морозильника. [10] [11]

В зависимости от объема морозильника, частоты открытия пользователями, а также количества образцов, потребление энергии начинается примерно от 11 кВт·ч/день и выше. Правительство США рассчитывает 20 кВт·ч/день. [12] Исследование, проведенное в Эдинбургском университете, показало, что модель New Brunswick U570 HEF потребляет немного меньше 10 кВт·ч/день. [13] Без каких-либо данных Мичиганский университет заявил, что «старые модели» ULT-устройств могут потреблять «до 30 кВт·ч/день». [14] В рекламном сообщении, написанном в 2023 году, говорилось о «16–22 кВт·ч электроэнергии в день». [15]

Чтобы снизить потребление энергии, изоляция должна быть максимально эффективной. Дополнительные внутренние двери уменьшают потерю температуры при открытии главной двери. Обледенение внутри морозильника ULT должно быть сведено к минимуму. Современные морозильники ULT используют приводы с переменной скоростью как для компрессоров, так и для вентиляторов. Это снизило потребление энергии еще на 30% до типичных 8,5 кВт·ч/день. [ требуется цитата ]

Холодильный цикл

Морозильники ULT, в которых используется каскадная система охлаждения (CR), потребляют в 20 раз больше энергии, чем бытовые холодильники, и используются для охлаждения с помощью парникового газа (обычно гидрофторуглерода R-508B ). [7] Современные морозильники ULT используют газовые смеси HC (т. е. углеводорода ): обычно этан и пропан . [16] [17] Эта технология была разработана в середине 1990-х годов [18] и повысила эффективность до 30% по сравнению с обычными морозильниками, работающими на CFC или HFC. [19] [20] В качестве альтернативы морозильники ULT могут использовать цикл Стирлинга в обратном направлении (охладитель Стирлинга) для охлаждения. [7]

Принципиальная схема двухциклового каскадного холодильного процесса

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Гумапас, Лео Анджело М.; Саймонс, Гленн (2013). «Факторы, влияющие на производительность, потребление энергии и углеродный след для морозильников сверхнизкой температуры: исследование в Национальных институтах здравоохранения». Всемирный обзор науки, технологий и устойчивого развития . 10 : 129. doi :10.1504/WRSTSD.2013.050786. S2CID  110910956.
  2. ^ "Программа сверхнизкотемпературной заморозки | Penn Sustainability". www.sustainability.upenn.edu . Получено 11 ноября 2020 г. .
  3. ^ Маккалоу, Джеффри (13 ноября 2009 г.). «Длительная криоконсервация клеток человека и других млекопитающих при температуре −80°C в течение 8 лет». Transfusion . 50 (4): 808–819. doi :10.1111/j.1537-2995.2009.02482.x. PMID  19912586. S2CID  20075515 . Получено 27 февраля 2021 г. .
  4. ^ «Эволюция лабораторных холодильников и морозильников».
  5. ^ "Криогенные и морозильные боксы". Fisher Scientific . Получено 27 февраля 2021 г.
  6. ^ "Обзор рынка морозильников сверхнизкой температуры (ULT-морозильники) для хранения пищевых продуктов в 2021 году: анализ структуры производственных затрат, возможности роста и ограничения до 2026 года". Fisher Scientific . Получено 10 сентября 2021 года .
  7. ^ abc Берховиц, Дэвид; Квон, Йонграк (2012). «Экологические профили морозильников сверхнизкой температуры с охлаждением Стирлингом и каскадным охлаждением». Устойчивость . 4 (11): 2838–2851. doi : 10.3390/su4112838 .
  8. ^ Дики, Гвинет (2 июня 2010 г.). «Программа выхода на пенсию в условиях заморозки: долой холод, дай волю новому». Стэнфордский университет . Получено 11 ноября 2020 г.
  9. ^ Paradise, Allison (12 марта 2015 г.). «Оценка рынка возможностей повышения энергоэффективности в лабораториях» (PDF) . Получено 24 октября 2022 г. .
  10. ^ Драль, Кармен (1 сентября 2018 г.). «Чтобы найти лайфхаки по озеленению вашей лаборатории, начните с морозильника». Новости химии и машиностроения .
  11. ^ "Холодное хранение". Green Labs: MIT . Получено 11 ноября 2020 г.
  12. ^ «Технология низкотемпературной заморозки и энергоэффективность | ENERGY STAR».
  13. ^ https://www.ed.ac.uk/files/atoms/files/efficient_ult_freezer_storage.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  14. ^ https://ocs.umich.edu/wp-content/uploads/2022/09/UltraLowTempFreezer_FactSheet_FINAL.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  15. ^ «Сверхнизкотемпературные морозильники: снижение затрат и повышение эффективности, повышение устойчивости».
  16. ^ «Как работают морозильники сверхнизкой температуры?».
  17. ^ https://www.eppendorf.com/product-media/doc/en/569868/Freezers_Flyer_Cryocubes-cooling-liquids-Future-Cooling-Liquids-ULT-Freezers.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  18. ^ https://public.websites.umich.edu/~nppcpub/resources/compendia/CHMEpdfs/CHME_CFC-Free_Refridgerator.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  19. ^ . 1997 https://www.epa.gov/sites/default/files/documents/Energy_and_Global_Warming_Impacts_of_HFC_Refrigerants.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
  20. ^ . 2014 https://eia.org/wp-content/uploads/2014/07/Putting_the_Freeze_on_HFCs.pdf. {{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )