简介
试剂对于实验室和医学测试必不可少。试剂材料用于检测某些物质的存在与否，或测试是否发生特定反应。温度控制对于保存试剂材料至关重要，如果储存在不适当温度下，这些材料会随着时间的推移而性能变差。当它们保持在室温时，试剂还可能会被微生物生长污染，从而影响测试的完整性。如果试剂经历多次冻融循环，它们在低温下也会受到负面影响。
鉴于许多试剂的成本很高，也应考虑试剂存储系统的温度控制。基于压缩机的制冷和冷却系统具有很高的性能系数 (COP)，可以有效地提供低于环境温度的精确温度控制。通过最新的技术进步也消除了以前基于压缩机系统的许多缺点，包括尺寸、重量、可靠性、生态友好性和成本等方面。标准和定制基于压缩机的制冷系统是试剂等生物材料温度控制的理想解决方案。
温度控制对于保存医学试剂至关重要.
应用概括
实验室和医疗技术人员使用生物和化学试剂来识别和测量目标物质。在生物技术中，试剂已被用于识别和操作细胞中的化学物质。试剂可以是化合物或混合物。在有机化学中，大多数试剂是有机小分子或无机化合物。
无论是化合物、混合物还是有机分子，大多数试剂都有一个共同特征——它们容易受到热和热循环的影响。试剂储存和使用的温度范围很窄，需要精确的温度控制。生物技术试剂尤其容易受温度影响。
低于环境温度的精确热管理可延长试剂的保质期，降低试剂更换成本，并确保实验室或医学测试的准确性和可靠性。化学和生物过程中使用的不同试剂对储存温度的反应不同，试剂储存系统根据具体的试剂和储存时间有不同的要求。这些存储系统根据温度范围控制通常分为五种类型：
| 存储系统 | 温度控制范围 |
| 低温制冷机 | -150°C to -190°C |
| 超低温制冷机 | -85°C |
| 标准制冷机 | -20°C |
| 制冷机 | 2°C to 8°C |
| 室温 | 15°C to 27°C |
在本应用说明中，我们将重点介绍基于压缩机的试剂存储制冷机温度控制。
应用冷却要求
制冷机（冰箱）温度通常在 2°C ～ 8°C 之间，是为常用的生物试剂（如酶和抗体）提供短期储存的解决方案。在此温度范围内，试剂可耐受微小的温度变化。然而，有一些试剂更加敏感，仅在几次轻微的温度波动后就会开始变差，使用基于压缩机制冷系统的高级存储冰箱能够提供精度到±1°C的精确温度控制。
应用挑战
精确的温度控制是原始设备制造商在开发试剂存储系统时面临的众多设计挑战之一，尺寸、重量和功率 (SWaP) 要求在试剂存储设备的设计和制造中也是重要的考虑因素。其他设计挑战还包括最大限度地降低运行噪音水平、管理冷却系统内的气流、防止室内冷凝以及在温度控制不当时发出温度警报等等。使用环保、政府和行业认可的制冷剂对于基于压缩机的系统也至关重要，以确保系统可面向未来的应用。
为更多节省实验室空间而使设备小型化是市场一如既往的发展趋势，这需要在不减少存储容量的情况下减小试剂存储设备的物理尺寸。通常情况下，这可以通过将更多的试剂装入更小空间来实现，但可能会导致装置的热负荷更高，并使冷空气到达试剂的路径更加受阻。为了以更紧凑的外形满足所需的冷却能力，制冷系统必须具有高性能系数，并使用能够达到预期结果的组件。为了在降低功耗和噪音水平的同时提高性能，必须更加有效地管理和消散废热。
在空间有限时，热管理解决方案的安装位置和安装方向至关重要。基于压缩机的制冷系统必须垂直安装才能正常运行，安装方向对气流也有影响，必须考虑进入和排出空气的路径，以最大限度地提高冷却性能。
除了提供精确的温度控制外，热管理系统还必须提供冷凝保护。当温度降至结露点以下时，冷表面上会形成湿气。如果这种水分渗入试剂，可能会出现试剂劣化，并最终导致测试结果不佳。使用正确设计的绝缘材料和空气流动路径可以提供一种避免冷凝形成的冷却解决方案。
许多实验室需要试剂储存室内的温度信息以记录温度条件。更重要的是，如果温度超出设定的范围，制冷系统会发出警报以提醒技术人员。许多政府和行业认证机构对温度监测的有效性有不同的评估标准，其中都涉及并要求涵盖一些基本要素，如监测形式、频率和文件记录，以及监测设备的校准，人员培训和监测能力等。
面对气候变化的挑战，许多政府，尤其是欧洲政府都在不断制定和更新严格的环境法规，禁止使用对环境有害的制冷剂。使用HFC制冷剂（包括 R134a 和 R404A）的旧式压缩机系统在某些行业受到严格限制，现在必须使用天然制冷剂。基于压缩机的现代制冷系统使用多种天然制冷剂，包括 R744（二氧化碳）、R717（氨）、R290（丙烷）、R600a（异丁烷）和 R1270（丙烯）。然而，一些天然制冷剂的易燃性会使它们在运输过程中具有危险，并且每一种制冷剂都存在设计挑战，例如增大的压力、高毒性、易燃性、窒息性和较低的性能等方面。
制冷系统
现代基于压缩机的制冷系统满足上述试剂储存室设计要求。基于压缩机的制冷系统是一种独立装置，通过空气再循环将温度控制到预定设定点，可达到最佳温度稳定性，从而实现更精确的过程控制。制冷系统能够消散试剂储存系统中产生的大量热量。
传统基于压缩机的制冷系统包含四个基本部分：蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀装置。蒸发器（冷段）是一种热交换器，其中制冷剂与过程所用流体（在冷却器的情况下为空气或液体冷却剂）接触，并从液体蒸发（沸腾）为气体。在从液态到气态的这种状态变化过程中，潜在的
能量（热量）在恒定制冷剂温度下被吸收。压缩机充当制冷剂泵并重新压缩气体，冷凝器将蒸发器吸收的热量和压缩过程中产生的热量排放到周围环境中，同时制冷剂再次变回液体。膨胀装置会记录制冷剂流量，同时将制冷剂压力降低到准备再次蒸发的程度。
传统基于压缩机的制冷系统可以采用交流或直流电，而今天的压缩机技术比十年前更高效。紧凑型制冷系统具有高性能系数 (COP)，可确保高效、低功耗运行，从而最大限度地延长正常运行时间，并优化系统性能。事实上，压缩机系统能够比空气换热器提供更理想的温度设定点范围，并可提供更快速的冷却和更高的可靠性。在最大设计热负荷的稳态运行中，它们可以比热电系统少使用 30～35% 的功率。
基于压缩机的系统有多个运动部件，它们在运行过程中不断循环，这会产生噪音和振动，可能会对外壳内的系统级电子设备产生负面影响。然而，与以前的版本相比，现代基于压缩机的液体冷却系统能够以更小、更轻的设备提供更安静的运行。
当温暖、潮湿的空气通过制冷装置的制冷盘管时，会从盘管中滴下冷凝水。在存储区添加或取出试剂时，通常也会带入水分，只要在系统运行期间带入额外的水分，就会形成冷凝。当潮湿空气进入这些冷藏空间时，在正常操作期间也会形成冷凝。基于压缩机的制冷系统、试剂存储区和管道经过特别设计和安装，能够通过重力作用使冷凝水收集在这些冷藏空间的排水管中。
用于冷却电子设备的基于压缩机系统通常设计为在 20°C ～ 55°C 之间运行，该范围适用于大多数机柜应用和操作环境。如果需要加热，则必须使用单独的加热器和开关电路。而如果需要更高或更低的温度，则必须为在该特定温度范围内运行（制冷剂、硬件）进行具体的设计考虑。
莱尔德热系统解决方案
由于试剂存储系统日益复杂，并且会面对缩短的产品开发周期等持续压力，客户往往会更多地依赖外部专业热管理知识。莱尔德热系统在为各种高端市场设计、制造和维修制冷和液体冷却系统方面以及积累了超过 45 年的产业经验。
莱尔德热系统专注于设计最佳散热解决方案，而 OEM 则可以专注于设计更好的试剂存储系统。所有热管理系统均在通过 ISO 9001 和 ISO 14001 认证的设施中制造，能够满足热负荷高达 5000W 的严格过程控制要求。所有零部件均从战略供应商处采购，他们在提供高度可靠的组件方面有着良好记录，并能够为小型化和定制化提供强大的设计支持。
莱尔德热系统基于压缩机的试剂冷却制冷系统采用天然环保 R600a（异丁烯）或 R290（丙烷）制冷剂，符合政府和行业法规要求。随着制冷剂限制法律的不断变化，莱尔德热系统可提供售后服务支持，帮助客户维修或更换已在现场使用了二十多年的设备。莱尔德热系统还可以帮助客户改造旧设备，以满足政府和行业的制冷要求。
由于需要通过储存室试剂确定许多独特的属性，因此可能需要定制冷却系统配置来优化性能，并实现长寿命运行。莱尔德热系统可通过遍布全球的设施提供强大的工程设计服务，可支持现场概念生成、热建模、机械和电气设计以及快速原型制作等。莱尔德热系统还提供验证测试服务，以满足医疗行业各个独特的合规标准要求。
Laird Thermal Systems designs and manufactures compressor-based refrigeration systems for reagent cooling applications.
结论
试剂存储系统的热管理比以往任何时候都更具挑战性。虽然热管理系统功率密度要求不断增大，但外形尺寸却在缩小，温度不稳定会极大地影响试剂的保质期。 在试剂储存室中，基于压缩机的制冷系统提供了最有效和最可靠的热控制方法。莱尔德热系统能够以更小的热管理系统确保对试剂存储设备进行精确的温度控制，同时具有更低的噪音、更高的环境友好性和更低的总体拥有成本。
欲了解关于定制基于压缩机制冷系统的更多信息，请访问：
www.lairdthermal.com/products/custom-solutions/liquid-cooling-systems-medical-diagnostics
