生物样本液氮罐冰箱

摘要

本发明公开了一种生物样本液氮罐冰箱，包括液氮罐冰箱主体和两套压缩机制冷系统；所述液氮罐冰箱主体包括内罐体和外罐体以及位于内罐体和外罐体之间的真空夹层；所述液氮罐冰箱主体还包括向内罐体内加注液氮的液氮加注管；所述两套压缩机制冷系统均包括冷凝器、压缩机、冷凝蒸发器、节流装置和蒸发冷却盘管，两根蒸发冷却盘管交错盘绕在内罐体内壁上。本发明将液氮制冷和机械式压缩制冷结合起来，并利用真空绝热层进行隔热，从而使本发明具有节能效果好、确保存储生物样本安全的特点，并且使用方式较为灵活，应用前景广阔。

权利要求

1.一种生物样本液氮罐冰箱，其特征在于：包括液氮罐冰箱主体(1)和两套压缩机制冷系统；所述液氮罐冰箱主体(1)包括内罐体(101)和外罐体(102)以及位于内罐体(101)和外罐体(102)之间的真空夹层(103)；所述液氮罐冰箱主体(1)还包括向内罐体(101)内加注液氮的液氮加注管(109)，所述液氮加注管(109)一端位于内罐体(101)的底部，另一端穿过内罐体(101)底部罐身进入真空夹层(103)且从外罐体(102)上封头穿出；所述两套压缩机制冷系统均包括冷凝器、压缩机、冷凝蒸发器、节流装置和蒸发冷却盘管，两根蒸发冷却盘管交错盘绕在内罐体(101)内壁上；

所述压缩机的排气口与冷凝器的进口相连接，冷凝器的出口与冷凝蒸发器的换热通道一进口相连接，冷凝蒸发器的换热通道一出口与节流装置的进口连接，节流装置的出口与蒸发冷却盘管的进口连接，蒸发冷却盘管的出口与冷凝蒸发器的换热通道二进口连接，冷凝蒸发器的换热通道二出口与压缩机的吸气口连接；

所述内罐体(101)和外罐体(102)的上封头上均形成开口，开口处设有罐口缩口组件(104)，罐口缩口组件(104)内活动设有罐塞盖(105)；

罐口缩口组件(104)包括管体(1043)，在管体(1043)外壁的上部和下部分别向外形成缩口顶部(1041)和缩口底部(1042)，所述缩口顶部(1041)与外罐体(102)上封头固接，缩口底部(1042)与内罐体(101)上封头固接；所述缩口顶部(1041)和缩口底部(1042)之间形成罐口真空夹层(1045)；

所述罐塞盖(105)包括罐塞盖固定部(1052)和罐塞盖活动部(1053)；所述罐塞盖固定部(1052)包括固定部顶板(10521)，在固定部顶板(10521)的下方设有隔热板(10522)，所述固定部顶板(10521)和隔热板(10522)的中部形成供罐塞盖活动部(1053)插入的通孔，在通孔两侧的隔热板(10522)下方均连接有固定部罐塞(10523)；所述罐塞盖活动部(1053)包括活动部顶板(10531)，在活动部顶板(10531)的下方设有活动部罐塞(10532)，活动部顶板(10531)的上方设有活动部把手(10533)。

2.根据权利要求1所述的一种生物样本液氮罐冰箱，其特征在于：所述真空夹层(103)中设置有分别包覆在内罐体(101)顶部、内罐体(101)罐身和内罐体(101)底部的上封头包覆被、罐身包覆被和下封头包覆被，所述包覆被由多层绝热纸和多层铝箔层间隔叠加而成。

3.根据权利要求1所述的一种生物样本液氮罐冰箱，其特征在于：所述液氮罐冰箱主体(1)内还设有样本存放组件，所述样本存放组件包括样本放置架和提篮(126)。

4.根据权利要求3所述的一种生物样本液氮罐冰箱，其特征在于：所述样本放置架包括主轴(112)，主轴(112)的下部固定有转盘(120)；所述转盘(120)上设有多个提篮导向支架(121)，相邻两个提篮导向支架(121)之间活动连接有提篮(126)。

5.根据权利要求4所述的一种生物样本液氮罐冰箱，其特征在于：所述提篮导向支架(121)包括两个呈锐角设置的支撑板(1211)，两个支撑板(1211)上端通过固定板(1213)固定，支撑板(1211)下端与转盘(120)固定；所述支撑板(1211)的侧壁上沿支撑板(1211)的延伸方向形成导向槽(1212)，所述提篮(126)的两侧设有与导向槽(1212)匹配的提篮导向条(1261)。

说明书

生物样本液氮罐冰箱

技术领域

[0001] 本发明涉及生物样本存储技术领域，具体是一种生物样本液氮罐冰箱。

背景技术

[0002] 生物样本库，又称生物银行，主要用于保存各种研究用的人类各种生物样本，包括组织、全血、血浆、血清、DNA、RNA、生物体液，或经初步处理过的生物样本，以及与这些生物
样本相关的各种临床资料、病理、治疗与随访等信息数据，是按照严格的技术标准专业化收
集、运输、储存、管理和使用的资源库。生物样本库对于开展人类疾病预测、诊断、治疗等研
究具有不可替代的重要作用，是实现转化医学和精准医学的重要保证。随着我国国家综合
国力的不断提升，国家对生物样本资源库的建设日益重视。

[0003] 制冷低温技术是生物样本库的核心技术，在生物样本库中，通常需要将样本在低温条件下存储，其原因在于样本自身生化反应在低温环境中大大降低，从而提高样本中各
种成分的稳定性。目前主要采用的存储方式包括液氮罐和超低温冰箱。但两者都存在一定
的不足之处。

[0004] 液氮制冷：液氮是一种无色无味、温度极低的物质，常压下，其温度为‑196℃，液氮罐的制作就是利用液氮的这种物理特性。液氮罐能使样本维持在‑196℃的低温，是目前技
术条件下能达到的最佳样本库保存温度。但液氮的使用受到一定的限制，首先，部分地区没
有生产液氮的企业，需要从外地购买，再加上在使用过程中的损耗极大，更换补充液氮次数
频繁，成本极高。另外，液氮罐库区对排风和安全设施的要求较高。液氮库区内必须安装排
风系统，换气次数12次/h。由于液氮不断蒸发，库内氮气含量不断增加，导致液氮库内氧浓
度下降，会引起进入库区人员呼吸困难，严重时危及生命安全。为此液氮库内必须安装氧浓
度监控器。氧监控与排风系统要自动联控，并配备相关的声光报警设施，如果氧监控与排风
系统联动失灵可以启用强制排风系统。综上所述，部分中小型医院和实验室可能不具备液
氮罐的使用条件。

[0005] 压缩机机械制冷：超低温冰箱是通过蒸气压缩式制冷循环来实现低温环境，又称机械式制冷。制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器等部件。从制冷循环方式上
讲，目前常用的制冷系统包括复叠式制冷系统和自复叠式制冷系统。低温冰箱按箱内温度
可分为‑30℃、‑40℃、‑60℃、‑80℃和‑156℃等几个系列。超低温冰箱是用消耗电能的手段
来制冷的，在低温环境下，制冷系统能效比很低，耗电量较大。另外，鉴于商业用电中断的可
能性，需要配备备用电源。在生物样本保存方面压缩机机械制冷有两个致命缺陷，第一，停
电或机械故障，一旦制冷装置出现故障，将导致冰箱内温度升高，其内部储存的细胞组织、
病毒等样本将被破坏，生物样本失去研究价值，造成损失，无法估量；第二，超低温冰箱安全
使用温度是‑86℃，但对于很对生物样本，比如干细胞，体细胞，胚胎，卵母细胞等必须保存
在‑196℃液氮内，但液氮保存需要频繁更换液氮供给罐，由此造成运维成本增高和不方便
性凸显。

发明内容

[0006] 本发明就是为了解决上述技术问题，所提出了一种生物样本液氮罐冰箱。

[0007] 本发明采用了如下的技术方案。

[0008] 一种生物样本液氮罐冰箱，包括液氮罐冰箱主体和两套压缩机制冷系统；所述液氮罐冰箱主体包括内罐体和外罐体以及位于内罐体和外罐体之间的真空夹层；所述液氮罐
冰箱主体还包括向内罐体内加注液氮的液氮加注管；所述两套压缩机制冷系统均包括冷凝
器、压缩机、冷凝蒸发器、节流装置和蒸发冷却盘管，两根蒸发冷却盘管交错盘绕在内罐体
内壁上。

[0009] 进一步的，所述压缩机的排气口与冷凝器的进口相连接，冷凝器的出口与冷凝蒸发器的换热通道一进口相连接，冷凝蒸发器的换热通道一出口与节流装置的进口连接，节
流装置的出口与蒸发冷却盘管的进口连接，蒸发冷却盘管的出口与冷凝蒸发器的换热通道
二进口连接，冷凝蒸发器的换热通道二出口与压缩机的吸气口连接。

[0010] 进一步的，所述液氮加注管一端位于内罐体的底部，另一端穿过内罐体底部罐身进入真空夹层且从外罐体上封头穿出。

[0011] 进一步的，所述真空夹层中设置有分别包覆在内罐体顶部、内罐体罐身和内罐体底部的上封头包覆被、罐身包覆被和下封头包覆被，所述包覆被由多层绝热纸和多层铝箔
层间隔叠加而成。

[0012] 进一步的，所述内罐体和外罐体的上封头上均形成开口，开口处设有罐口缩口组件，罐口缩口组件内活动设有罐塞盖。

[0013] 进一步的，罐口缩口组件包括管体，在管体外壁的上部和下部分别向外形成缩口顶部和缩口底部，所述缩口顶部与外罐体上封头固接，缩口底部与内罐体上封头固接；所述
缩口顶部和缩口底部之间形成罐口真空夹层。

[0014] 进一步的，所述罐塞盖包括罐塞盖固定部和罐塞盖活动部；所述罐塞盖固定部包括固定部顶板，在固定部顶板的下方设有隔热板，所述固定部顶板和隔热板的中部形成供
罐塞盖活动部插入的通孔，在通孔两侧的隔热板下方均连接有固定部罐塞；所述罐塞盖活
动部包括活动部顶板，在活动部顶板的下方设有活动部罐塞，活动部顶板的上方设有活动
部把手。

[0015] 进一步的，所述液氮罐冰箱主体内还设有样本存放组件，所述样本存放组件包括样本放置架和提篮。

[0016] 进一步的，所述样本放置架包括主轴，主轴的下部固定有转盘；所述转盘上设有多个提篮导向支架，相邻两个提篮导向支架之间活动连接有提篮。

[0017] 进一步的，所述提篮导向支架包括两个呈锐角设置的支撑板，两个支撑板上端通过固定板固定，支撑板下端与转盘固定；所述支撑板的侧壁上沿支撑板的延伸方向形成导
向槽，所述提篮的两侧设有与导向槽匹配的提篮导向条。

[0018] 本发明获得了如下有益效果。

[0019] 1. 本发明将三重制冷系统和真空保温技术进行完美结合，确保了生物样本的绝对的安全。

[0020] 本申请的液氮罐冰箱本身配备有两种制冷方式的三重制冷系统，即包括两套并行的压缩机制冷系统和备用可选的液氮制冷系统，给样本提供给三重保护。其中，在压缩机制
冷系统上设有两套完全相同的混合工质林德循环制冷系统，压缩机制冷系统正常制冷时，
两套制冷系统同时工作，共同达到‑86℃制冷的目的，当两套制冷系统其中的某一个故障
时，另一个独立工作到达‑80℃制冷功效，实现对样本双重安全保护；当遇到停电或者两套
制冷系统都故障时，则在液氮制冷系统的保护下，从而实现对生物样本的第三重安全保护。
所以，本发明液氮罐冰箱可以避免单独机械制冷的不可靠性，随时启用备用液氮制冷方式，
保证液氮罐冰箱维持更低更安全的低温环境。

[0021] 另外，普通的冰箱如果充入液氮，无法达到保温，冰箱门及冰箱外体由于‑190℃的冷量传导出，导致冰箱外侧全部结霜结冰，无法使用，同时会造成大量的液氮浪费。这是因
为普通冰箱硬质聚氨酯泡沫的导热系数为0.018 0.023W/(m*K)，而本发明液氮罐冰箱夹层
~
‑4 ‑5
空间为高绝热真空状态，其当量导热系数只有10 10 W/(m*K)，比普通冰箱的隔热能力提
~
高一百倍到一千倍。所以，本申请液氮罐冰箱完全可以长期稳定的当作液氮罐用于样品‑
180℃到‑190℃低温保存，如果液氮供应不及时或者无法供应，独立并行的两套压缩机机械
制冷可做为生物样品保存的第二种方案，从而保证生物样本的绝对安全。

[0022] 2. 本发明液氮罐冰箱高效节能，稳定可靠，寿命长

[0023] 本发明将液氮制冷和机械压缩制冷结合起来，并利用真空绝热层进行隔热，从而使得本发明具有节能效果好和使用稳定的特点。本申请的真空绝热层进行抽高真空，形成
‑5
真空绝热层，夹层真空度可达到5×10 Pa，同时在内罐体和外罐体之间设置缠绕式的隔热
层，形成真空保温结构，该真空保温结构可有效阻止气体的对流换热和气体的热传导，以及
削弱热辐射的影响。对于液氮制冷系统，可降低液氮的静态蒸发率，节约液氮资源的消耗；
对于机械式制冷系统，可显著降低制冷负荷，提高节能性。

[0024] 目前普通超低温冰箱一般采用硬质聚氨酯泡沫作为保温材料。考虑使用中水蒸气会传入围护结构，水分会在隔热层内凝结，导致保温材料的含湿量增大，实际导热系数会增
大，冰箱的使用寿命也受到影响。而本发明的液氮罐冰箱使用真空夹层作为保温结构，夹层
‑4 ‑5
中间为高真空状态，其当量导热系数只有10 10 W/(m*K)的数量级。液氮罐保温结构的导
~
热系数越小，其隔热性越好，所需的制冷负荷越小，压缩机、换热器等制冷设备的容量和体
积减小，耗电量减小，节能性显著提高。实验数据表明，相同环境下普通冰箱压缩机停机后
内部温度从‑86℃降到‑80℃需要20min左右，液氮罐冰箱压缩机停机后内部温度从‑86℃降
到‑80℃需要60min‑90min左右。据此数据可知，液氮罐冰箱相对于普通超低温冰箱可节能
67% 78%。并且由于这种液氮罐冰箱采用封闭外壳，保温结构真空度较高，真空夹层漏气速
~
率很低，不存在水蒸气传入围护结构，保温材料吸水的问题，相对于普通的超低温冰箱，液
氮罐的使用寿命更长。

[0025] 3.本发明可实现液氮罐的多功能应用

[0026] 由于生物样本种类繁多，因此储存方法也不尽相同。冰冻组织切片或者用于DNA和RNA提取的冰冻组织，液体样品如全血、血清、血凝块、非淋巴细胞和血浆样本储存在‑80℃，
长期储存的新鲜冰冻组织储存在液氮中。另外，超低温保存（‑196℃）多用于细胞传代培养。
使用者可根据不同的科研需求和使用场合来选择液氮（‑196℃）超低温保存和更高保存温
度（如‑20℃ ‑80℃）的机械式制冷方式的冰箱保存。
~

附图说明

[0027] 图1是本发明的结构示意图；

[0028] 图2是本发明旨在体现两套压缩机制冷系统的示意图；

[0029] 图3是本发明旨在体现蒸发冷却盘管的示意图；

[0030] 图4是本发明液氮罐冰箱主体的剖面图；

[0031] 图5是本发明样本存放组件的结构示意图；

[0032] 图6是本发明样本放置架的结构示意图；

[0033] 图7是本发明转盘的结构示意图；

[0034] 图8是本发明提篮的结构示意图；

[0035] 图9是本发明罐口的结构示意图；

[0036] 图10是本发明罐塞盖的结构示意图；

[0037] 图11是本发明罐塞盖固定部的结构示意图；

[0038] 图12是本发明罐塞盖活动部的结构示意图；

[0039] 图13是本发明两套压缩机制冷系统的原理图。

[0040] 其中，1.液氮罐冰箱主体；101.内罐体；102.外罐体；103.真空夹层；104.罐口缩口组件；1041.缩口顶部；1042.缩口底部；1043.管体；1044.罐口；1045. 罐口真空夹层；105.
罐塞盖；1051.罐塞盖支架；1052.罐塞盖固定部；10521.固定部顶板；10522.隔热板；10523.
固定部罐塞；10524.定位销；1053.罐塞盖活动部；10531.活动部顶板；10532.活动部罐塞；
10533.活动部把手；10534.定位耳；106.第一蒸发冷却盘管；107.第二蒸发冷却盘管；108.
抽真空口；109.液氮加注管；110.测温管；111.液位管；112.主轴；113.底部轴承座；114.连
接轴；115.主轴上端轴；116.顶部轴承座；117.减速器；1171.减速器支架；118.伺服电机；
119.吊耳；120.转盘；1201.主轴安装孔；1202.减重孔；1203.定位槽；121.提篮导向支架；
1211.支撑板；1212.导向槽；1213.固定板；122.第一连接板；123.第二连接板；124.中心连
接板；125.连接杆；126.提篮；1261.提篮导向条；127.样本盒；2.第一冷凝器；3.第一压缩
机；4.第一冷凝蒸发器；5.第一节流装置；6.第二冷凝器；7.第二压缩机；8.第二冷凝蒸发
器；9.第二节流装置；10.安装架。

具体实施方式

[0041] 以下参照附图和实施例对本发明进行进一步的技术说明。

[0042] 如图1‑13所示，一种生物样本液氮罐冰箱，包括由内罐体101和外罐体102组合而成的液氮罐冰箱主体1，所述内罐体101和外罐体102之间设有真空夹层103；所述内罐体101
和外罐体102的上封头上均形成开口，开口处设有罐口缩口组件104，罐口缩口组件104内活
动设有罐塞盖105。

[0043] 所述生物样本液氮罐冰箱设有三重制冷系统，所述三重制冷系统包括两套并行且相同的压缩机制冷系统和备用可选的液氮制冷系统。

[0044] 两套并行且相同的压缩机制冷系统为第一压缩机制冷系统和第二压缩机制冷系统。所述第一压缩机制冷系统包括第一冷凝器2、第一压缩机3、第一冷凝蒸发器4、第一节流
装置5（毛细管）、第一蒸发冷却盘管106；所述第二压缩机制冷系统包括第二冷凝器6、第二
压缩机7、第二冷凝蒸发器8、第二节流装置9（毛细管）、第二蒸发冷却盘管107。所述第一蒸
发冷却盘管106和第二蒸发冷却盘管107固定于内罐体101的内壁上。

[0045] 具体的，所述压缩机的排气口与冷凝器的进口相连接，冷凝器的出口与冷凝蒸发器的换热通道一进口相连接，冷凝蒸发器的换热通道一出口与节流装置的进口连接，节流
装置的出口与蒸发冷却盘管的进口连接，蒸发冷却盘管的出口与冷凝蒸发器的换热通道二
进口连接，冷凝蒸发器的换热通道二出口与压缩机的吸气口连接。本申请冷凝蒸发器包含
两个换热通道，通道一为排气段高温高压流体，通道二为吸气段低温低压流体，两个通道进
行换热。

[0046] 具体的，所述蒸发冷却盘管内的冷媒采用上进下出的方式。两根蒸发冷却盘管的顶部出口是两根焊接在内罐体101上封头和外罐体102上封头的不锈钢管，两根蒸发冷却盘
管的底部出口是两根焊接在内罐体101下封头和外罐体102下封头的不锈钢管，也可以把两
个底部出口设置在内罐体101底部筒身和外罐体102底部筒身处，通过不锈钢管把内外筒身
开孔通过焊接连接在一体。第一蒸发冷却盘管106和第二蒸发冷却盘管107螺旋交错间隔排
布在内罐体101内壁上，两条蒸发冷却盘管间距40mm；每条蒸发冷却盘管通过不锈钢卡子间
隔80mm的距离螺旋盘绕固定在内罐体101的内筒壁上。

[0047] 如图13所示，本申请压缩机制冷系统的制冷方式如下：混合制冷剂由压缩机吸气口吸入，压缩成高温高压蒸汽从排气口排出，压缩过程需要消耗能量，排出的高温高压气态
制冷剂流向冷凝器，通过冷凝器与外界环境冷凝散热，混合制冷剂温度降低并冷却成气液
两相高压流体，经冷凝器初步冷凝后混合制冷剂进入冷凝蒸发器的通道一，通道一与通道
二中温度较低的混合制冷剂进行换热，使混合制冷剂的温度进一步降低并完全冷凝成液
态，高压液态混合制冷剂继续流经节流装置节流降压，变成低温低压湿蒸汽，进而进入蒸发
冷却盘管，其中的低压液态混合制冷剂在蒸发冷却盘管汽化，吸收内罐体101内空气的热
量，实现对内罐体101降温，使得内罐体101的内部处于低温环境，混合制冷剂在蒸发冷却盘
管部分蒸发后继续流经冷凝蒸发器的通道二，在通道二中继续蒸发吸收通道一中混合制冷
剂的热量，最后完成换热回到压缩机吸气口，如此周而复始。

[0048] 所述混合制冷剂为R600a、R170和R14的混合物，R600a、R170和R14的重量比为（40~
50）：（20 30）：（30 40）；或混合制冷剂为R600a、R23和R14的混合物，R600a、R23与R14 的重
~ ~
量比为（45 55）：（15 20）：（30 40）。
~ ~ ~

[0049] 综上，本发明包含两套完全相同的混合工质林德循环制冷系统，制冷系统使用混合工质并通过单台压缩机实现了多级复叠，可以获得‑86℃的低温，与传统复叠制冷系统相
比元器件更少，故障率更低。其基本原理是混合工质一次压缩，经冷凝器一次冷凝，再经冷
凝蒸发器，利用蒸发后剩余冷量完全冷凝，节流，蒸发制取需要的低温。

[0050] 所述液氮制冷系统包括液氮加注管109，液氮加注管109为一根直径12mm的不锈钢管，其一端位于内罐体101的底部，另一端穿过内罐体101底部的罐身进入真空夹层103，最
终从外罐体102上封头穿出，液氮加注管109与内罐体101和外罐体102的连接处均通过氩弧
焊连接密封。通过液氮加注管109可以向内罐体101内注入液氮，在内罐体101底部形成液氮
制冷层。本申请的液氮制冷系统还可包括罐体外部的液氮控制阀和液氮供给系统。

[0051] 本申请的液氮加注管109设计在真空夹层103内可防止液氮在管路输送过程中的汽化损耗，使液氮从内罐体101的底部注入。液氮存储分为液相液氮存储和气相液氮存储。
液相液氮存储即内罐体101内可装满液氮，使样本维持在‑196℃的低温；气相液氮存储是使
液氮的液位保持在罐体底部而不与样本直接接触，气相液氮存储具有取放样本便捷和样本
不易发生交叉污染的特点。

[0052] 本申请的生物样本液氮罐冰箱采用真空绝热技术进行罐体保温，即在外罐体102的内壁、内罐体101的外壁以及罐口缩口组件104之间形成的真空夹层103。生产过程中，外
罐体102上设有与真空夹层103相连通的抽真空口108，所述抽真空口108上设有单向阀，通
‑5
过真空泵连接抽真空口108对真空夹层103进行抽高真空，夹层真空度可达到5×10 Pa。

[0053] 所述罐口缩口组件104包括管体1043，管体1043内为罐口1044；在管体1043外壁的上部环绕管体1043向外形成缩口顶部1041，在管体1043外壁的下部环绕管体1043向外形成
缩口底部1042，缩口顶部1041和缩口底部1042之间的空腔为罐口真空夹层1045。所述缩口
顶部1041与外罐体102的上封头用氩弧焊焊接为一体，缩口底部1042与内罐体101的上封头
用氩弧焊焊接为一体。缩口顶部1041和缩口底部1042之间的罐口真空夹层1045与真空夹层
103形成一个封闭的真空环境用于隔热保温。

[0054] 所述罐口1044内活动设有罐塞盖105。所述罐塞盖105包括罐塞盖固定部1052和罐塞盖活动部1053。所述罐塞盖固定部1052通过螺栓和外罐体102上封头上的罐塞盖支架
1051连接。所述罐塞盖固定部1052包括固定部顶板10521，在固定部顶板10521的下方设有
隔热板10522，所述固定部顶板10521和隔热板10522的中部形成供罐塞盖活动部1053插入
的通孔，在通孔两侧的隔热板10522下方均连接有固定部罐塞10523，在通孔两侧的固定部
顶板10521上对称形成4个定位销10524。所述罐塞盖活动部1053包括活动部顶板10531，在
活动部顶板10531的下方设有活动部罐塞10532，活动部顶板10531的上方设有活动部把手
10533，活动部顶板10531的两侧均设有两个定位耳10534，所述定位耳10534与定位销10524
卡合。优选的，所述固定部罐塞10523和活动部罐塞10532为聚氨酯发泡材料，所述隔热板
10522为聚四氟乙烯材料。

[0055] 本申请的液氮罐冰箱除了具有防停电措施外，还具有防水灾、防地震的优点，这是因为，普通冰箱为前开门设计，遇到水灾，直接淹入冰箱，导致生物样本被污染。而本申请的
液氮罐冰箱高为1.4‑2米的上开盖设计，普通水灾不可能达到此高度。同时，本申请液氮罐
冰箱的罐体为2‑3厘米厚的圆筒封头不锈钢罐体，抗地震压砸支撑力极强。

[0056] 同时，本申请在真空夹层103内，内罐体101外壁上缠绕隔热材料，所述隔热材料包括分别包覆在内罐体101顶部、内罐体101罐身和内罐体101底部的上封头包覆被、罐身包覆
被和下封头包覆被，且三者均由包覆在内罐外壁上的若干层绝热纸和若干层铝箔层间隔叠
加而成。具体的，上封头包覆被和下封头包覆被均呈圆形结构，罐身包覆被呈矩形结构；进
一步的，下封头包覆被沿环形均匀开设有若干个三角形缺口，用以减少下封头包覆被包覆
内罐体101底部时产生的褶皱。

[0057] 另外，本申请外罐体102的下封头底部中心设有用于托住内罐体101的玻璃钢隔热托座，可减少内外温度的热传导传，从而使内罐体101具有更佳的保温效果，起到了降耗节
能的作用。

[0058] 综上，上述真空保温结构可有效阻止气体的对流换热和气体的热传导，保温结构‑4 ‑5
的当量导热系数只有10 10 W/(m*K)的数量级甚至更低。对于液氮制冷系统，可降低液氮
~
的静态蒸发率，节约液氮资源的消耗；对于机械式制冷系统，可显著降低制冷负荷，提高节
能性。由于夹层为真空状态，这种设计可防止液氮在管路输送过程中的汽化损耗。在液氮入
口处的压力应该在0.7bar到1.4bar范围内，此为最佳运行压力，液氮的供给管路应安装泄
压阀，用以保护液氮管路和相关阀件。本申请的液氮罐冰箱采用真空绝热技术，使用液氮制
冷时能大大降低挥发率，减少液氮供给的消耗量，当使用压缩机制冷时，由于真空绝热保温
优于聚氨酯发泡保温，可以大大有效的节省电能。

[0059] 综上所述，本申请的生物样本液氮罐冰箱设有三重制冷系统，其中压缩机双机械制冷系统包括两套完全相同的混合工质林德循环制冷系统，压缩机制冷系统正常制冷时，
两套制冷系统同时工作，共同达到‑86℃制冷的目的，当两套制冷系统其中的某一个故障
时，另一个独立工作到达‑80℃制冷功效，实现对样本双重安全保护。由两套压缩机制冷系
统工作变成一套压缩机制冷系统工作时，液氮罐冰箱的真空保温技术也能确保罐体内部温
度从‑86℃降到‑80℃需要4‑5个小时的窗口期，给检修人员停机检修提供便利，也不会影响
到生物样本的安全，从而实现对样本双重安全保护。当遇到停电或者两套压缩机都故障时，
则在备用液氮制冷系统的保护下，从而实现对生物样本的第三重安全保护，液氮可以坚持
6‑15天。本申请将压缩机机械制冷技术、液氮制冷技术、真空绝热技术有机的结合起来，为
生物样本提供了三重安全保护的同时又极大的节省了电能。

[0060] 本申请液氮罐冰箱主体1上还设有测温管110，用于插入温度传感器检测罐内温度。所述测温管110为一根直径12mm的不锈钢管，其一端伸入内罐体101底部，另一端穿过内
罐体101上封头，经过真空夹层103，从外罐体102的上封头穿出。所述测温管110与内罐体
101和外罐体102的连接处均通过氩弧焊连接密封。进一步的，所述测温管110内装入2个
PT100的温度传感器，罐底部安装一个，罐顶部安装一个。所用温度传感器的品牌为德国
JUMO，型号为902150/10‑214‑1001‑1‑3.5‑35‑03‑5000/999。

[0061] 本申请液氮罐冰箱主体1上还设有液位管111，液位管111为一根直径12mm的L型不锈钢管。液位管111的水平部从内罐体101下封头水平插入内罐体101下封头底部内表面，液
位管111的垂直部位于真空夹层103内，顶端从外罐体102的上封头穿出，液位管111与内罐
体101和外罐体102的连接处均通过氩弧焊连接密封。所述液位管111内插入压差传感器液
位探测软管，所用压差传感器的品牌为美国Setra，型号为268150CLD11CF1NN。

[0062] 本申请液氮罐冰箱主体1的上封头上对称设有两个吊耳119，用于吊装液氮罐冰箱主体1。

[0063] 本申请的液氮罐冰箱主体1内还设有样本存放组件。所述样本存放组件包括样本放置架和提篮126。所述样本放置架包括主轴112，主轴112的下端通过设置在内罐体101下
封头底部中心的底部轴承座113与内罐体101连接，底部轴承座113安装有超低温轴承。主轴
112的上端连接有隔热作用的玻璃钢连接轴114，连接轴114顶部连接有主轴上端轴115，主
轴112和主轴上端轴115通过玻璃轴连接，可减少内外温度的热传导传，从而使得内罐体101
具有较佳的保温效果，起到了降耗节能的作用。所述主轴上端轴115和连接轴114位于顶部
轴承座116内，所述顶部轴承座116通过焊接与内罐体101上封头和外罐体102上封头连接于
一体；所述顶部轴承座116内安装有超低温轴承，所述主轴上端轴115安装于顶部超低温轴
承内。所述主轴上端轴115通过键连接与减速器117的输出轴连接，减速器117固定安装在外
罐体102上封头上的减速器支架1171上，所述减速器117输入端安装有伺服电机118，用于驱
动主轴112精确旋转角度。

[0064] 所述主轴112的下部设有法兰，主轴112的法兰通过螺栓与转盘120连接。所述转盘120的中央形成供主轴112插入的主轴安装孔1201，所述转盘120上还设有多个定位槽1203
和多个减重孔1202。所述转盘120上径向分布两层提篮导向支架121，内层圆周均布6组提篮
导向支架121，外层圆周均布12组提篮导向支架121。外层的提篮导向支架121通过第一连接
板122与内层的提篮导向支架121连接，内层的提篮导向支架121通过第二连接板123和连接
杆125与套接在主轴112上部的中心连接板124连接，从而连接成样本放置架整体。

[0065] 所述提篮导向支架121包括两个呈锐角设置的支撑板1211，优选的，两个支撑板1211呈60°角设置；两个支撑板1211的上端通过固定板1213固定成一体，支撑板1211下端插
入转盘120的定位槽1203内并通过螺丝固定在转盘120上；所述支撑板1211的侧壁上沿支撑
板1211的延伸方向形成导向槽1212，所述提篮126的两侧设有与导向槽1212匹配的提篮导
向条1261。所述提篮126安装于相邻两个提篮导向支架121之间，每个提篮126可以存放12个
样本盒127，用于存储生物样本。优选的，所述提篮导向条1261为聚四氟乙烯材料，提篮126
主体由机加工铝板连接而成。

[0066] 当需要存取生物样本到液氮罐冰箱时，通过程序控制马达转动样本放置架，让罐口1044对准目标提篮126位置，操作员手动或者机械手自动打开罐塞，用专用吊钩或机械手
把提篮126从罐内拉出罐口1044外，完成目标样本的存取操作。本发明通过设置样本存放组
件对样本进行存储，从而有效提高了液氮罐冰箱样本的存取，同时还可以升级为自动化生
物样本液氮冰箱，样本存取更方便，更高效，更智能。

[0067] 本申请的液氮罐冰箱主体1和压缩机制冷系统均置于安装架10上。

[0068] 本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之
内。