通过主动循环减少霜的利记博彩app

专利名称：通过主动循环减少霜的利记博彩app
技术领域：
本发明总体上涉及一种减少冷柜中的霜的方法和系统。更具体地，本发明涉及一种通过主动循环来减少超低温冷柜中的霜的系统和方法。
背景技术：
对于可获得十分低的温度范围的制冷系统的需求快速增长。可达到这种温度的一种系统称为超低温制冷系统或称为超低温冷柜，其可维持十分低的温度范围。超低温制冷系统可用于存储并保护各种物体，例如包括重要生物样品，使得它们能安全且牢固地存储延长的时间段。然而，由于包括低存储温度，且需要从冷柜隔间定期地放入和移除具体样品，可出现各种问题。通常而言，在制冷系统中，制冷剂气体在压缩机单元内被压缩。压缩所产生的热量于是通常通过将压缩气体传送通过水或空气冷却冷凝器盘管而移除。于是，冷却、冷凝的气体被允许快速膨胀到围绕制冷机或冷柜隔间的蒸发盘管中，其中气体变得冷得多，因此冷却盘管和围绕其放置盘管的制冷系统或冷柜的隔间。已经实现从大约-95摄氏度至-150摄氏度变化以及甚至低至-160摄氏度的超低温和低温。例如，超低温制冷系统的示例在名为“Non-HCFC Refrigerant Mixture For An Ultra-Low Temperature Refrigeration System” 的美国专禾Ij No. 6，631，625 以及名为 "Dryer System For The Prevention Of Frost In An Ultra Low Temperature Freezer" 的美国专利No. 6，990，819的中示出。美国专利No. 6，631，625和No. 6，990，819现以引用的方式结合到本文中。在正常操作期间，由于潮湿空气进入冷柜，冷柜集结霜。在超低温冷柜中该问题尤其重要，因为存储在这种冷柜中的样品可对于冷柜中的环境变化尤其敏感。在大的温度变化时，这甚至更成问题。所产生的霜(即使在极少量时)可影响在冷柜隔间中的一些或全部独立样品的环境，且因此导致严重问题。需要具有对于在这种冷柜中的更大环境控制，尤其是对于在冷柜的日常应用中可出现的霜状况的控制。

发明内容
前述需要在很大程度上通过本发明来满足，其中在一个方面，提供一种用于减少在冷柜装置中的样品隔间中的霜集结的装置和技术。根据本发明的一个方面，超低温制冷装置包括包括存储腔室的柜体，所述存储腔室保持在一定温度范围内；门，以在与柜体接合时密封所述柜体；以及除湿单元，所述除湿单元闭环连接到柜体隔间，所述除湿单元配置成通过将空气循环流出隔间并将除湿空气返回至隔间而主动除湿存储腔室。除湿单元还可有助于降低冷柜样品隔间内的温度。连接到柜体的制冷单元可提供对于冷柜隔间的主要冷却，以保持隔间在一定温度范围内。除湿单元和制冷单元还均可有助于冷柜隔间的除湿。控制器可管理除湿单元。压力均衡阀可连接到除湿单元，用于接收来自于冷柜隔间外部的空气并且在门打开并再关闭之后将所述空气传送到除湿单元。在将除湿空气传送到冷柜隔间之前，除湿单元可移除外部空气中的湿气。流体地连接到除湿单元或在除湿单元中的风扇或吹风机在门关闭且冷柜隔间密封时在各种时间可提供在柜体内的对流，且在门打开时可循环关闭，以便不密封冷柜隔间。该部分内容描述了本发明的一些实施例，以便能够更好地理解详细说明以及以便能更好地理解本发明对于本领域的贡献。现将描述本发明的附加实施例或者附加实施例从该说明书将对于本领域技术人员显而易见且不将本发明的主题内容限制在权利要求书中所阐述的。本发明包括上述描述的实施例以及以各种方式实践和实施的实施例。同样应当理解的是，本文所采用的措辞和术语以及简写用于描述目的且不应被认为是限制性的。由此，本领域技术人员将理解的是，本发明所基于的概念可容易地用作设计用于实施本发明数个目的的其它结构、方法和系统的基础。因此，重要的是，权利要求可认为包括这种等同的构造，只要这种构造未偏离本发明的精神和范围即可。


附图被包括在申请文件中并构成申请文件的一部分，附图描述了本发明的实施例，并且连同上述本发明的一般描述以及下文给出的具体实施方式
一起用于阐述本发明的原理。图1描述了根据本发明的具有开启门的冷柜的一个实施例。图2是图1的具有主动除湿器的冷柜的框图。图3是图1的冷柜的框图，示出了通过分离除湿器主动除湿冷柜隔间或存储腔室。图3A-3D是图3中所示的除湿器的各种实施例的示意图。图4是作为图2控制器的替代方式的计算机的功能框图，所述计算机可运行本发明的计算机可执行指令。图5是根据本发明第二实施例的冷柜的框图，具有连接到存储腔室以及连接到压力均衡端口(PEP)装置的替代性除湿装置。
具体实施例方式现将参考附图来描述本发明，在附图中相同的附图标记指代相同的部件。在超低温冷柜的日常操作期间，霜通过进入冷柜中的潮湿空气而积聚。例如，进入到冷柜中的空气来源在于将门打开以移除和/或置换实验样品。潮湿空气也可通过冷柜的存储腔室中或密封该腔室的门中的缺陷密封进入。如上所述，潮湿空气还可在压力均衡过程期间进入，在门开启时较暖(更不致密)空气进入到冷柜隔间的情况下，在门被再密封之后出现压力均衡过程。
如图1所示，超低温冷柜10可包括外框14，其具有柜体M以提供存储腔室或冷柜隔间12，以容纳被冷却并保持在期望范围(例如，对于生物实验室样品，-95°C至-150°C 或-80°C至-160°C )低温下的材料。冷柜10还包括门16，其附连到框14并且在关闭时提供对于柜体M的密封。图1示出了处于开启位置的门16，其中潮湿空气可从冷柜10的外部传送到隔间12中。冷柜内部空间与大气状况之间的压力均衡是潮湿空气进入的重要来源。压力均衡端口(PEP)阀18 (如图1所示且在大多数冷柜中可发现有)开启，以在门再关闭且制冷系统已经开始将空气从暂时升高的温度冷却回到期望温度范围之后接收外部空气。如果不存在PEP，那么密封件或垫圈中的泄漏将通常足以允许潮湿空气响应于在内部空气被再冷却至期望温度范围时在柜体内部产生负压而从柜体M的外部进入。经历一定时间段之后，尤其当冷柜门被打开以放入新样品或移除样品时，由于来自于进入空气的湿度冷凝到冷柜隔间表面和样品表面上而集结霜。这种在冷柜10中集结的霜可妨碍操作且可能必须由用户移除。通过以各种系统方法为冷柜除霜或从冷柜10手动移除霜，可执行霜的移除。然而，在超低温下难以实施除霜和手动移除，且可能需要将样品从冷柜隔间临时移除，以避免对于样品的不利影响，手动除霜需要时间和用户经验，且可能产生损坏冷柜结构10的风险，并且还可能实施起来是笨重的。任何自动除霜方法也将需要时间，且存在影响在冷柜10中存储位于冷柜隔间12内的材料的危险。冷柜10中的样品材料甚至可能必须被移除，以便在除霜或改变冷柜10的内部环境期间避免污染样品。例如，如果存储在冷柜10中的材料是对湿度十分敏感的冷冻生物材料，那么需要采取步骤以防止存储的样品被不利地影响。因此，对于除霜，通常需要腾空的超低冷柜10，以便存储的样品或其它材料不被允许除霜。此外，移除被存储的材料可添加存储成本，因为包括附加的劳动。此外，对于一些样品和材料具有严格的监管规定控制。通过临时传输样品，甚至可能存在存储材料或样品被损坏或以其它方式损伤的风险。此外，如果样品处理过程需要受控存储的长时段，通过在该过程中时间上的中止或间断，可阻碍该过程。根据一个实施例，通过将内部空气再循环通过外部闭环除湿过程，可防止在超低温冷柜的冷柜隔间中形成霜。返回的空气会包含比从隔间移除的内部空气更少的湿气，且通常还可处于更低的温度。这种更低温度的空气还会增加整个冷柜10的冷却性能并且继而改进从门16打开的温度回收以及有助于维持在冷柜隔间12内部的温度均勻性。此外，从冷柜隔间内部的空气连续且主动地移除湿气可减少在冷柜隔间12内集结的霜的量，并且可延长除霜循环或用户移除集结的霜之间的时间跨度或甚至延长这种循环的定时以与冷柜维护事件相一致。需要移除的湿气的量可取决于如下因素，例如环境空气相比于冷柜腔室空气的湿度比、用户打开门的频率以及柜体的气密整体性。参考图2和3，根据一个实施例的冷柜10包括除湿器22，其可位于冷柜壳体14内 (也见图1)。除湿器22还可位于冷柜壳体14中的任何位置或者甚至在冷柜10本身以外。 在本发明的大多数实施例中，在柜体24的内部隔间或存储腔室12中的空气或气体具有与除湿器33的直接或间接流体连接，使得隔间12内的气体或空气可从该腔室抽取并传输通过除湿器22。在本发明中，如此使用除湿器并接着将除湿空气返回至冷柜隔间有时候称为以主动的方式除湿。
现参考图3，在冷柜10的柜体M内的冷柜隔间12可保持在大约-80摄氏度的正常设置温度下。制冷单元50(如图5所示)提供保持设置温度的主模式。除湿器22可提供用于降低柜体M内的冷柜隔间的温度的次级机构。在一个实施例中，除湿器22配置成将空气从冷柜隔间12循环并且回到冷柜隔间中，同时通过除湿过程将其除湿。除湿器22 可替代性地包括能够减少柜体M大气内的湿度的任何类型装置。处于设置温度(-80摄氏度)或正好高于该设置温度的空气或气体在箭头36的方向上被引导通过流体导管30到除湿器22中。在除湿(且通常冷却至低于设置温度)之后，空气被引导回到柜体M。取决于所使用的除湿器类型和配置，例如低至大约-190摄氏度(通过特定干燥空气)的温度可在箭头32的方向上返回通过第二流体导管34。返回空气可处于比冷柜隔间12温度更低的任何温度下。两个流体导管30和34可以是各种配置(包括多个连接子部件)或者可采用诸如同心环形式的连接部件30和34的整体件。除湿器22和/或流体导管30和34中的一个或两者可包括风扇、吹风机或其它合适强制空气装置，用于将空气在存储腔室12与除湿器22之间运动。如图3A所示，除湿器22可以是单级或多级装置22a。除湿器22可包括用作如图 3A-C所示的实现除湿的手段的冷却特征，其将来自于冷柜隔间12的空气温度减少正好低于设置温度。如图3D所示，可采用其它类型的除湿器，例如湿气吸收颗粒或湿气吸附颗粒 22d。如图3所示，执行闭环除湿过程。通过流体导管34的返回空气还可处于比通过流体导管30接收的空气更低的温度。藉此，对于整个冷柜10，冷却性能会增加。因为由通过导管30取回以及通过导管34再进入引起的空气循环，还可增加在柜体M的内部隔间或存储腔室内的温度均勻性。通过计算机或控制器40，可控制除湿过程的控制。控制器40可用存储在存储器单元中的软件编程，以基于冷柜隔间12内的温度、湿度和/或压力传感器(未示出)保持和控制除湿器22。除湿器22可被控制，以通过可变控制来保持在隔间M内的冷柜腔室12中空气的一定温度和湿度水平。替代性地，响应于门打开事件或响应于被感测的温度、压力或湿度， 除湿器22和用于将空气流动通过导管30和34的风扇或其它结构可以编程的方式被设定为循环接通和断开。除湿器22还可直接手动调节或通过控制器40调节，以实现对于一定类型样品来说合适的具体湿度水平。除湿器22可被设定以控制在柜体M内冷柜隔间12内通过传感器70 (见图5)的湿气和温度，或者根据预定指令组预设。通过将导管30和34直接传送通过柜体M或间接与柜体通过相邻的次级隔间或者通过柜体M联接，可保持闭环流量，使得可控制空气流量或其它类型气体的温度和湿度水平。湿度水平可被设定在预定水平或者增加的水平以尽可能接近零湿度，或处于湿度水平的范围内。湿度水平可通过腔室M内的传感器70 (如图5所示)感测，且除湿器22 和任何相关风扇或吹风机可被设定，以定期或响应于门打开事件而操作一定的持续时间， 以减少湿度和温度。如图4所示，本发明可实施为可由控制器40或替代性地计算机100执行的计算机可读介质中的计算机可执行指令。计算机可读介质包括所有可能种类的介质，在其中存储或包括计算机可读数据；或者可包括任何类型的数据，所述数据可由计算机或处理单元读取。计算机可读介质可包括，例如但不局限于存储介质，例如磁性存储介质(例如，ROM、软盘、硬盘等等)、光学读取介质(例如，CD-R0M(只读存贮型光盘)、DVD(数字化通用磁盘)、 光盘的可再写入样式等等)、光磁混合盘、有机盘、系统存储器(只读存储器、随机读取存储器)、非易失性存储器(例如闪存)或任何其它易失性或非易失性存储器、其它半导体介质、 电子介质、电磁介质、红外和诸如载波的其它通信介质(例如，经由互联网或其它计算机传输)。通信介质通常实施为计算机可读指令、数据结构、程序模块或调制信号形式的其它数据(例如，载波)或者包括任何信息传输介质的其它可传输机制。诸如通信介质的计算机可读介质可包括无线介质(例如，无线电射频、红外微波)和有线介质(例如，有线网络)。 同样，计算机可读介质可存储并执行计算机可读代码，其经由网络分配到所连接的计算机中。计算机可读介质还包括协作或互连的计算机可读介质，其处于处理系统中或者在多个处理系统中分布，该多个处理系统可相对于该处理系统在本地或远程设置。本发明还可包括具有存储在其上的数据结构的计算机可读介质，包括含有表示本发明技术的数据的多个领域。参考图4，示出了作为控制器40的替代方式或控制器40以外的计算机的示例(但不局限于计算机100的该示例)，其可读取包括本发明的计算机可执行指令的计算机可读介质。计算机100包括使用系统存储器104的处理器102和包括一些计算机可读记录介质的计算机可读存储装置806。系统总线将处理器102连接到网络接口 108、调制解调器112、 或适于连接到其它计算机或网络(例如，互联网)的其它接口。系统总线还可包括输入和输出(I/O)接口 110，其适于连接到各种其它装置。此外，计算机100例如可通过I/O 110 输出数据，用于显示到显示装置120上。图5描述了冷柜200的第二实施例，其中除湿器60可通过流体导管连接到冷柜隔间以及连接到PEP装置18。冷柜200中的除湿器60可以是各种类型的除湿器，例如包括基于压缩机的除湿器。基于压缩机的除湿器60经由流体导管130将空气从柜体M的存储腔室抽入，以从进入除湿器60的空气除去湿气。然而，空气不会被再加热至室温，而是被引导离开除湿器60并且以低于通过流体导管130接收的空气的温度经由流体导管134返回到冷柜隔间12中。藉此，被送回到柜体M的存储腔室中的空气减少湿气且其温度低于通过流体导管130收集的空气或其它类型气体混合物的温度。在该实施例中，除湿器60和/或流体导管130和134中的一个或两者可包括风扇、 吹风机或其它合适强制空气装置，如图5示意性地所示。作为基于压缩机的除湿器的替代方式，除湿器60可以是结合冷柜200的制冷单元 50使用的peltier(珀耳帖)除湿器，如图所示。珀耳帖除湿器可使用冷金属表面，以冷凝在其上的空气。珀耳帖除湿器在制冷温度方面比基于压缩机的除湿器更加受限制，且因此冷柜200的主级制冷单元50可结合一个或多个珀耳帖除湿器使用。结合用于除湿器60 的珀耳帖类型冷却器使用的现有制冷系统50可获得比-180摄氏度更低的低温点，因而可将改变大约更冷30度或更多且将空气除湿。除湿器60可增加由单元使用的总功率，但是所使用的功率由较低温度和控制得到的霜来补偿。此外，控制器40可用于平衡冷柜200的除湿器60和主级制冷单元50所使用的功率，从而通过被制冷单元50和除湿器60消耗的功率来补偿该降低的温度。
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再次参考图5，冷柜200还可经由流体导管136连接到除湿器60，以便与PEP装置 18的内侧流体连通。在该具体实施例中，具有通过流体导管130和134的存储腔室的除湿器60的分离流体连接是可选的。此外，在该具体实施例中，包括风扇、吹风机或其它合适强制空气装置也是可选的。PEP装置18的作用在于替换在柜体M中的真空所产生的-80摄氏度的空气，这出现在通过主级制冷单元50将冷柜隔间中的空气从临时升高温度(在该示例中，高于-80摄氏度)再冷却时。在正常冷柜中，PEP阀18允许少量暖热雾化空气进入冷柜隔间。在暖热雾化空气进入到本发明的封闭系统的程度上，优选的是在除湿器60的入口侧处出现，以便在该空气可进入冷柜隔间之前将其完全冷却并除湿。来自于冷柜200外部的空气可通过入口 62进入并接着传送通过PEP装置18到达除湿器60。除湿器60可在空气通过流体导管 136进入存储腔室12之前移除其湿气。这种实施例的操作描述了本发明的方法，其中通过除湿移除冷柜中空气的湿气， 和/或通过除湿移除来自于隔间外部的进入冷柜隔间的空气的湿气。在大多数情形中，除湿足以防止形成霜。但是在确实形成少量霜的情形中，从除湿器返回的空气的湿度(尤其是在操作在例如190°C的极低温度时)可导致来自于霜区域中水含量的缓慢升华回到空气中。存储腔室M或柜体还可被修改，以进一步利用在除湿器60或导管130或134 (如果有的话)中的风扇或吹风机所产生的对流，所述对流使得空气移动。经由风扇或吹风机的空气对流或移动可配置成使用腔室设计和/或存储齿条配置也增强柜体M中冷柜隔间的存储腔室的空气状况的均勻性，所述腔室设计和/或存储齿条配置利用空气被抽吸到导管30 中并返回至导管34中的位置。对于除湿器60，可使用不同的技术作为替代方式，例如将低温制冷机22c用作除湿单元60，如图3C所示。低温制冷机是可达到低温的温度并且可使用氦指形冷却管的装置，其中氦作为制冷剂，所述低温制冷机是图3中的除湿器22的替代方式。可至少减少湿度以及附加地降低温度的其它类型装置也可用作所述示例的替代方式或与所述示例一起使用。冷柜200的制冷系统50可由控制器40管理。由于在风扇运转时可能存在对于除湿装置内的空气来说受限的接触时间，且因此被夹带的湿气的量也受到一些限制，因此除湿器的热交换器部件可进一步针对这些部件优化并且可绝缘。除湿器60自身和/或向其抽吸空气的风扇或吹风机可总是在运行或者以一定间隔循环或者根据柜体M的存储腔室内的一些传感器70被控制。除湿器60可总是处于接通状态，且在门打开时使得引起空气循环的风扇或吹风机循环断开，且在门关闭时使得风扇循环接通。当门16打开时，风扇或吹风机断开可限制对流(以及因此减少暖热的雾化空气进入)。通常而言，且尤其在附连到PEP装置上时，除湿器很可能主要连续地操作且在门关闭之后最需要，此时冷柜隔间内部的空气被冷却回到设定温度(和产生真空，如果有的话)。控制器40所使用的算法可结合除湿器60所产生的空气的对流使用。因此，控制器40可考虑冷柜200的除湿器60和制冷系统50的对流。本发明的许多特征和优势从详细说明显而易见，且因此本发明旨在由所附权利要求书覆盖落入本发明实质精神和范围内的本发明的所有这种特征和优势。此外，由于大量变形和修改将对于本领域技术人员显而易见，因此不期望将本发明局限在所描述和说明的恰好构造和操作中，且因此所有合适的变形和等同物被认为落入本发明的范围内。
权利要求
1.一种超低温制冷装置，包括包括冷柜隔间的柜体，所述冷柜隔间通过不与其流体连通的制冷单元而保持在预定温度范围内；门，以在与柜体接合时密封所述柜体；和除湿单元，所述除湿单元闭环流体地连接到柜体隔间并且配置成主动除湿冷柜隔间内的空气。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述除湿单元包括单级基于压缩机的装置、多级基于压缩机的装置、珀耳帖装置、低温制冷机装置、湿气吸收材料或湿气吸附材料中的一种。
3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括压力均衡端口，所述压力均衡端口流体地连接到除湿单元并且配置成接收来自于冷柜隔间外部的环境空气。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括强制空气装置，所述强制空气装置流体地连接到除湿单元。
5.一种超低温制冷装置，包括包括冷柜隔间的柜体，所述冷柜隔间通过不与其流体连通的制冷单元而保持在预定温度范围内；门，以在与柜体接合时密封所述柜体；压力均衡端口，所述压力均衡端口配置成接收来自于冷柜隔间外部的环境空气；和除湿单元，所述除湿单元流体地连接到冷柜隔间和压力均衡端口，所述除湿单元配置成除湿压力均衡端口所接收的环境空气并且将除湿的空气传送到冷柜隔间中。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述除湿单元闭环流体地连接到冷柜隔间。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括强制空气装置，所述强制空气装置流体地连接到除湿单元。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述除湿单元包括单级基于压缩机的装置、多级基于压缩机的装置、珀耳帖装置、低温制冷机装置、湿气吸收材料或湿气吸附材料中的一种。
9.一种使用流体地连接到冷柜隔间的除湿单元来除湿超低温制冷装置的冷柜隔间的方法，所述方法包括以下步骤将内部空气从冷柜隔间抽吸到除湿单元中；用除湿单元移除内部空气中的湿气，以提供除湿的空气；以及将除湿的空气从除湿单元传送到冷柜隔间中。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括步骤将内部空气循再环通过除湿单元。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述再循环步骤是连续的。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述再循环步骤是间断的。
13.根据权利要求9-12中任一项所述的方法，其特征在于，移除和传送步骤中的至少一个步骤通过强制空气装置来执行。
14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其特征在于，除湿的空气的温度低于内部空气的温度。
15.根据权利要求9-14中任一项所述的方法，其特征在于，除湿的空气的湿气含量小于内部空气的湿气含量。
16.一种使用流体地连接到冷柜隔间的除湿单元来除湿超低温制冷装置的冷柜隔间的方法，所述方法包括以下步骤将环境空气从冷柜隔间外部抽吸到除湿单元中； 用除湿单元移除环境空气中的湿气，以提供除湿的空气；以及将除湿的空气从除湿单元传送到冷柜隔间中。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，抽吸步骤包括将环境空气从冷柜隔间外部抽吸通过压力均衡端口，所述压力均衡端口流体地连接到除湿单元。
18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括步骤 将内部空气从冷柜隔间抽吸到除湿单元中；用除湿单元移除内部空气中的湿气，以提供除湿的空气；以及将除湿的空气从除湿单元传送到冷柜隔间中。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括步骤将内部空气再循环通过除湿单元。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述再循环步骤是连续的。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述再循环步骤是间断的。
全文摘要
一种超低温制冷系统(10)和技术，其包括柜体(24)，所述柜体具有被保持在一定温度范围的存储腔室(12)；门(16)，当其与柜体(24)接合时提供与柜体(24)的密封；以及除湿器(22、60)，其连接到柜体用于除湿柜体(24)内的存储腔室(12)。
文档编号F25D17/04GK102171521SQ200980138733
公开日2011年8月31日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者D·H·史密斯, K·D·布拉姆莱特, S·内鲁尔, T·斯威夫特, W·J·蒂普顿, W·莫里斯 申请人:赛默飞世尔科技(阿什维尔)有限责任公司