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恒温水浴和冷水机的演变
发布时间:2022-08-01点击量:304

有许多标准的实验室程序和过程需要在特定和稳定的温度下进行。

由于该温度可能高于或低于室温,因此大多数实验室都需要能够加热和冷却的设备。在许多情况下,必须达到精确的温度,有时在十分之一摄氏度以内,并且通常必须在没有明显波动的情况下保持该温度一段时间。

多年来,用于在实验室中达到适当温度的设备变得越来越复杂。水浴槽已经从一个简单的加热容器发展成为一种经过精心校准和设计以提供准确性和可靠性的精密仪器。现在存在许多类型的实验室水浴,包括循环水浴、振动水浴和数字水浴。最近,使用小珠子代替水的无水实验室浴槽变得流行起来。无水浴避免了传统水浴可能存在的污染问题,使用更少的能源,并降低了造成烧伤或受伤的风险。

使用水浴和无水浴来提高温度,也可以使用实验室冷水机来降低温度。冷水机是一个制冷机,通过导热介质把热量从实验样品转移出去(通常是空气或水),将样品或过程冷却到预设温度。

恒温水浴.jpg

一般情况下,最低温度-40ºC的冷却器使用单个压缩机,价格相对便宜。若温度范围为-40ºC至-85ºC的冷水机,则依赖于两个压缩机,因此成本明显更高。一些冷水机还提供适度的加热,大约可以升温到40ºC。长流仪器采用单机自复叠制冷技术,在单个压缩机的配置下,可提供最低温度为-120℃的低温浴槽。单机自复叠制冷技术,结构简单,成本更低,可靠性更高,是未来深冷设备的发展方向。

以下文章介绍了实验室水浴和冷水机开发过程中的一些关键里程碑:

早期历史

1748年,英国格拉斯哥大学的威廉·卡伦首次展示了人工制冷。

1851年,约翰·戈里发明了第一台制冰机。冰浴迅速成为冷却反应和其他实验室过程的一种流行方式,这种低温技术今天仍然经常使用。

1876年,德国工程师卡尔·冯·林德发明了一种连续液化大量气体的工艺。这项发明最终使制冷和低温在家庭和工业规模上成为可能,并为现代制冷工业的发展奠定了基础。

1921年,发明家WillisCarrier获得了第一台离心式冷水机的专利。在此之前,冷水机组使用往复式压缩机。离心式冷水机组的主要部件是离心式压缩机。第一台离心压缩机的设计类似于水泵中的离心叶片。

在此期间,需要高温的实验室过程往往直接在火焰上加热,或者在本身直接加热的水浴中进行。然而,此时实验室中使用的明火数量代表着重大的火灾隐患,特别是因为许多被加热的溶剂是高度易燃的。1930年代,夫妻团队Glen和RuthMorey解决了这个问题,他们发明了加热罩,这是一种可靠且不易燃的加热装置,电阻丝编织在玻璃纤维布护套中。第一个加热罩于1939年售出,这对夫妇成立了Glas-ColApparatus公司来制造他们的新产品。

1950年代和1960年代

在1950和1960年代,水浴变得更加复杂,提供了更好的控制和更多的功能。例如,在此期间,美国开发了G76水浴摇床,它使用三偏心驱动来实现最佳摇动,同时将温度保持在受控范围内。该公司声称这款标志性的水浴摇床今天仍在全球许多实验室中使用。

1984年,美国公司通过推出G76/D型号更新了他们经典的G76水浴摇床。该仪器使用了与原始型号相同的技术,但采用了微处理器技术,可以更好地控制温度和速度。G76/D能够将温度控制在0.1°C以内,将速度控制在1rpm以内。

1994年,日本公司完成了低温水浴系列和低温恒温培养箱系列的改进,以应对氟管制。

2000年,德国公司向实验室循环器领域引入了一系列创新,提供了加热和冷却实验室过程的替代方法。例如,2001年推出了新的高温循环器ForteHT,随后推出了新的高动态温度控制系统PrestoLH。2003年,公司开发了三个新的循环器/浴槽产品线,EH循环器系列于2005年推出,随后于2006年推出FLChiller和CFCryo-Compact系列循环器。这些创新有助于使循环器成为控制水浴和冷却器温度的更传统方法的可行替代方案。

2002年,长流仪器在北京发布了一系列冷水机、恒温水浴和低温循环机,包括LX系列精密冷水机、HX系列恒温水浴、DX系列低温循环机。同年,推出了具有LED显示屏的经济系列循环器,以提高能源效率和易用性。推出了小型冷水机MiniChiller系列,LX-150小型冷水机,体积小、重量轻,可以手提使用。在实验台上只占用一张A4纸的面积,非常适合于通风橱内使用。LX-300小型冷水机,窄体设计,外形接近于PC机的主机,可在台上或桌底放置使用。

小型冷水机.jpg

2007年,英国公司开始销售两款用于一般实验室日常使用的新型非搅拌水浴锅;SUBAqua系列数字控制仪器;和JBAqua模拟控制系列。这些仪器旨在提供物超所值的价格,同时仍提供出色的可靠性和温度稳定性。

2009年,TorreyPinesScientific发布了EchoTherm SC20XR和SC20XT数字轨道混合冷却/加热干浴。这些仪器提供了扩展的温度范围和功率,并且能够比以前的型号更快地从一个温度转换到下一个温度。2010年,TorreyPinesScientific发布了全系列Peltier驱动的紧凑型冷却/加热干浴槽,带有一个或两个冷却/加热位置和一个用于机器人系统的接口。这些装置特别适合分子生物学实验室进行杂交、PCR样品制备、连接和酶反应。

同年,实验室珠子制造商LabArmor推出了一种新的珠子浴,专为使用珠子而不是水而设计。这种水浴在提供温度均匀性的同时完全消除了水,水是众所周知的实验室污染的主要来源。因为它依赖于珠子而不是水,所以珠子浴可用于不防水的容器,并且可以容纳样品。

2010年,长流仪器推出了单机自复叠制冷技术的深冷系列低温浴槽,其DX系列的低温下限,从-80℃延伸到了-120℃,推出了-100℃非搅拌循环浴槽,以及-135℃的低温冷阱

低温浴槽.jpg

2011年,美国公司推出了最新一代的浸入式循环器,即MX浸入式循环器。该仪器占用的储存空间小,为样品和玻璃器皿提供更多空间。同年,还推出了一系列设计用于实验室和操作员友好的循环水浴槽。创新功能包括一个可旋转的控制头,允许在180°观察半径内的任何位置查看温度显示。

2015年,长流仪器推出了LXplus系列增强型冷水机组,结构紧凑且价格合理,水温范围从5~35℃,扩展到了5~80℃;温控精度从±0.1℃,提高到了±0.01℃,更好地满足了半导体行业的精密温控需求。紧凑的设计,旨在最大限度地利用工作台空间,这些冷却器适用于旋转蒸发器、夹套培养箱、小型反应容器、分光光度计、色谱柱、冷凝器和其他需要散热的设备。

2016年,长流仪器推出了冷水机综合控制系统,温度、压力、流量、电导率的多参数测控,给用户提供了多种选项。历史数据和历史状态可查询、可下载,或远传数据包。通过ModbusRS485通讯,可以连接上位机。

冷水机多参数测控.png

水浴和冷水机的未来预

未来,随着变频压缩机的推广使用,电子膨胀阀的普及,智能变频式冷水机的占比将不断加大。同时随着AI技术的进步,冷水机的自学习功能、自诊断预警、网络化、信息化、远程监控维护将很快进入现实。大量测控数据的显示、存储、上传、分析,冷水机也将迎来大数据时代。

未来几年,随着温室气体减排和双碳计划实施,节能型冷水机组不停发展,重点是创建能够提供更高能源效率和更加环境友好的冷水机组。

另一个预测,水浴似乎会越来越频繁地被珠浴取代,与水浴相比,珠浴具有许多优势。主要优点是没有水,这有助于避免实验室中最大的污染源之一。此外,珠浴即使在不使用时也可以保持在适当的温度,不需要将容器支撑在架子或支架中,并且可以支持比水更广泛的温度范围。未来的创新可能涉及新的微珠配方,以提供更大的温度范围和稳定性。

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