尤其用于低溫貯藏生物樣本的適于步行的冷卻系統(tǒng)和用于操作這種冷卻系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種冷卻系統(tǒng)（1），所述冷卻系統(tǒng)尤其用于生物樣本（2）的低溫貯藏，包括冷卻隔間（100）和冷卻裝置（200），所述冷卻隔間由底部區(qū)域（110）、側壁（120）和頂部區(qū)域（130）限定，所述冷卻裝置用于使用液氮（220）來冷卻所述冷卻隔間（100）。所述底部區(qū)域（110）被設計用于使用液氮直接冷卻，且所述冷卻隔間（100）的尺寸被選擇成使操作員（3）可進入冷卻隔間（100）中并在其中移動。所述底部區(qū)域（110）具有平臺（111），所述平臺使液氮（220）的蒸氣能夠透過，且形成用于操作員（3）的支撐區(qū)域。本發(fā)明還描述了用于操作所述冷卻系統(tǒng)的方法。
【專利說明】尤其用于低溫貯藏生物樣本的適于步行的冷卻系統(tǒng)和用于操作這種冷卻系統(tǒng)的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種尤其是用于生物樣本的低溫貯藏的冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)具有用液氮(LN2)冷卻的冷卻隔間(冷卻室)。本發(fā)明還涉及用于操作該冷卻系統(tǒng)的方法。本發(fā)明應用于樣本在冷卻狀態(tài)下的長期儲存、尤其用于生物樣本的低溫貯藏。
【背景技術】
[0002]出于保藏目的將生物樣本在冷卻系統(tǒng)中、例如冷庫(低溫貯藏)中儲存在冷凍狀態(tài)中是已知的。冷庫通常在低于_80°C的溫度下、尤其在低于水冰的再結晶溫度(_138°C)下操作。它們包括具有液氮(溫度:大約_195°C)的冷卻劑貯存器和尺寸范圍從幾公升直至大約2或3立方米的多個單獨的柜(所謂的冷柜，主要是由雙壁鋼制成的杜瓦瓶，例如見EP1223393A2、W02008/009840A1和GB812210)。冷柜位于正常溫度(室溫)下的空間中，并由冷卻劑貯存器供送液氮。在冷柜中，儲存有帶有樣本(例如液體、細胞、細胞成分、血清、血液、細胞懸液、組織切片等)的管、袋或其他封閉接收器的箱布置在擱架中。樣本可完全地布置在液氮中。然而，為了防止樣本被液氮污染，樣本通常在低于大約_145°C的液氮蒸氣中儲存在冷的氣相中。這種氣相在冷柜的底部處的氮池上方形成。
[0003]對于冷柜中的冷卻來說，如果冷柜保持長期關閉將是有益的。然而實際上，例如當存取樣本時，必須反復地開啟冷柜。實際上，需要進行樣本儲存或取出或盤點，這對于例如具有10，000直至I百萬或更多樣本的冷庫而言，在冷庫操作的有效性和提供不變的冷卻條件方面產生了嚴重限制。
[0004]另外，對于如此大量的樣本來說，需要所有操作的自動化、尤其是樣本處理的自動化。先前的自動操作方法(例如見DE102005031648A1、US2006/0156753A1、US2006/0283197A1和US2007/0267419A1)限于單個冷柜，且費用相當大。對于具有二十個以上冷柜的冷庫而言，冷柜之間的自動操作及其復雜，因為這將需要添加自動機械，然而這種自動機械目前還沒有。
[0005]還已知的將食品儲存在冷卻隔間中。當冷卻隔間形成適于步行的大容量倉庫時，實現了有效的儲存和自動操作。然而，該技術不適用于用來低溫貯藏生物樣本的冷卻系統(tǒng)。為冷卻食品提供的即使最低的溫度對于生物樣本的長期低溫貯藏而言也過高。然而，在更低的溫度下對傳統(tǒng)的冷卻隔間進行操作不是非常可行。低于_30°C時，傳統(tǒng)的自動化技術由于主要是電機、軸承、潤滑劑和移動部件的配合上的功能的和材料的限制而失效。在冷卻隔間中出現事故或構件失效的情況下，必須將冷卻隔間完全地加熱，因為操作員不能穿著傳統(tǒng)的防護服安全地進入溫度低于_80°C的室中。深呼吸將由于冰凍損害肺泡，然后導致危及生命的情況。還應慮及打開和進入室中時的快速結霜和冰凍。另外，在事故的情況下，傳統(tǒng)深冷的冷卻隔間的熱隔離及它們的安全防護存在問題。由于冷庫必須數十年地、將來可能數個世紀地保持不間斷的冷凍，事故問題尤其關鍵。迄今，缺乏技術來在冷卻系統(tǒng)整個失效的情況下將大的廳保持在至少_80°C的溫度下直至完成適當的修理。
【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種尤其是用于生物樣本的低溫貯藏的改進的冷卻系統(tǒng)，其能夠克服傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的缺點和局限。該冷卻系統(tǒng)應當尤其在具有大量樣本的情況下也提供有效的冷卻操作和/或改進接近樣本的自動操作。本發(fā)明的目的是還提供一種用于操作尤其是用于生物樣本的低溫貯藏的冷卻系統(tǒng)的改進的方法，通過該方法來克服傳統(tǒng)方法的缺點和局限。
[0007]這些目的通過具有獨立權利要求的特征的冷卻系統(tǒng)和用于操作該冷卻系統(tǒng)的方法來實現。有益的實施例和應用由從屬權利要求產生。
[0008]根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種尤其用于生物樣本的低溫貯藏的冷卻系統(tǒng)，其具有冷卻隔間和第一冷卻裝置，所述第一冷卻裝置適于使用液氮來冷卻所述冷卻隔間。冷卻隔間通常是由底部區(qū)域、側壁和頂部區(qū)域限定的室，所述室整體通過第一冷卻裝置來冷卻，且適于容納要保藏的樣本。整個冷卻隔間的冷卻以針對方式至少從冷卻隔間的底部開始提供。為此，冷卻隔間的底部區(qū)域適于通過液氮進行的直接冷卻。這有益地支持了冷卻隔間的均勻冷卻。由于冷卻隔間的冷卻通過液氮的蒸氣從底部向上進行，具有溫度梯度的氣體分層可形成在冷卻隔間中。溫度可以以穩(wěn)定的和可重復的方式從底部向上升高。這有益地支持了在樣本存放的位置處提供可重復的儲存條件、尤其是可重復的儲存溫度。
[0009]根據本發(fā)明，冷卻隔間的尺寸被選擇成使至少一個操作員可在冷卻隔間中停留和移動。冷卻隔間的內部容積被選擇成:使所述至少一個操作員完全適合在冷卻隔間中并可在其中站立和/或行走。優(yōu)選地，所述內部容積等于至少10m3、尤其至少100m3，例如至少500m3或甚至IOOOm3或更大。對于例如IOm3的內部容積，冷卻隔間形成小的低溫隔間，而對于例如100m3，冷卻隔間形成低溫室，對于例如500m3，冷卻隔間形成低溫室組，對于大于1000m3，冷卻隔間形成可具有多個室的低溫廳。
[0010]根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的冷卻隔間適于容納樣本接收裝置。適合用于容納樣本的任何保持結構、尤其是用于生物樣本的樣本容器可被用作樣本接收裝置。樣本容器例如包括試管、小管、毛細管、所謂的“細管(Straws)”、袋或其他封閉接收器皿。樣本接收裝置可在冷卻隔間中永久地(尤其是固定地)布置或至少部分可移除地布置。根據本發(fā)明，冷卻隔間的尺寸優(yōu)選被選擇成使操作員可在配備有樣本接收裝置的冷卻隔間中停留和移動。
[0011]根據本發(fā)明，冷卻隔間的底部區(qū)域具有平臺，所述平臺例如至少包括多孔板、格架和/或柵格。平臺具有多種功能。首先，平臺以使液氮的蒸氣能夠穿過平臺上升到冷卻隔間中的方式形成。蒸氣能夠透過平臺。因此，冷卻表面形成在冷卻隔間的底部上，這使冷卻隔間的內部能夠通過流出的蒸氣立即地、直接地冷卻，從而在冷卻隔間的有效的和均勻的冷卻上產生有益的影響。其次，平臺為操作員、通常也為冷卻隔間中的樣本接收裝置形成了支撐區(qū)域。平臺被構造成用于操作員的站立區(qū)域和/或行走表面。為這個目的，平臺以在操作員的負荷下足以保持穩(wěn)定且尤其不變形的機械承載負荷能力形成。優(yōu)選地，平臺的機械承載負荷能力至少為100kg/m2(尤其適合于輕型擱架和一個操作員),尤其至少為500kg/m2 (尤其適合于多個擱架和操作員)、例如至少為1000kg/m2 (尤其適合于多個擱架、機械和操作員)、或甚至5000kg/m2 (尤其適合于多個穩(wěn)固擱架、機械和操作員)或更大。另外，平臺優(yōu)選以至少在冷卻隔間底部的一半表面上延伸的方式形成。特別優(yōu)選地，平臺在冷卻隔間底部的整個表面上方延伸。
[0012]根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于操作根據本發(fā)明的前述第一方面的冷卻系統(tǒng)的方法，其中，提供了冷卻隔間通過第一冷卻裝置的冷卻和樣本、尤其是生物樣本在冷卻隔間中的定位。
[0013]有益地，第一冷卻裝置可適于以如下方式用液氮填充:液氮的自由表面形成在底部區(qū)域下方。第一冷卻裝置例如具有向上朝著底部區(qū)域并朝著冷卻隔間敞開的容器、例如用于接收液氮的槽(底部槽)。底部區(qū)域的平臺例如可包括在所述容器上方延伸的柵格。還有益的是，由于對布置在第一冷卻裝置中的液氮的量沒有要求，因此可使用具有平碗形狀的槽。因此，尤其使布置在第一冷卻裝置中的液氮的量小于存在于冷卻隔間內的蒸氣狀氮的量。優(yōu)選地，底部區(qū)域和第一冷卻裝置側向地和向下地配備有熱隔離部。
[0014]有益地，通過本發(fā)明的氮冷卻、冷卻隔間尺寸和平臺構造的組合，形成了一種克服了傳統(tǒng)技術的缺點和局限的新的冷卻系統(tǒng)。用于冷庫的傳統(tǒng)的單柜原則被本發(fā)明所克服。該冷卻系統(tǒng)代表可自由擴展的冷庫結構。與傳統(tǒng)冷柜相比，優(yōu)點是為大量的樣本提供了長期不變的儲存條件。樣本可在冷卻隔間內不需要柜、熱隔離等的情況下儲存在冷卻隔間中的樣本容器中?？稍诓挥绊懫溆鄻颖镜睦鋮s的情況下接近單獨的樣本。
[0015]冷卻隔間的尺寸遠遠超過了傳統(tǒng)冷柜的內部容積。所述尺寸不僅為自動操作和/或一個或多個操作員提供了足夠的空間，而且還為冷卻系統(tǒng)提供了高的熱容量。因此，供送樣本或嵌入設備僅產生可忽略的低熱量輸入，使得樣本的整體幾乎不受干擾。
[0016]與大型倉儲中的食品的冷卻相比，該冷卻系統(tǒng)的優(yōu)點是用液氮冷卻至低到足以用于低溫貯藏生物樣本的溫度。因為液氮廉價、易于操作，且在其液態(tài)形式下在大氣壓下的沸點溫度大約為-195.8°C，符合用于低溫貯藏生物樣本的所有要求，因此它作為冷卻劑是有益的。同時，提供了平臺使冷卻隔間無論尺寸如何都能夠由操作員進入，以便解決可能的失效或差錯。
[0017]另外，根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)以下列優(yōu)點為特征。冷庫結構可形成為具有樣本接收裝置的大的、可自動化的室。所述冷卻系統(tǒng)可從小的柜(幾百個樣本)擴展至工業(yè)廳系統(tǒng)(數百萬樣本)。可在冷卻隔間中目標性地調整低于_130°C的溫度。該冷卻系統(tǒng)能夠半自動地或全自動地儲存和取出樣本。另一優(yōu)點在于長期操作的能力和在冷卻隔間中的溫度沒有任何改變的情況下進行維修。
[0018]本發(fā)明的其他優(yōu)點在于:使冷卻隔間完全避免潮濕和結冰、冷卻系統(tǒng)在不結霜的情況下的快速冷卻能力、對冷卻隔間中的所有樣本的高的接近速度、對冷卻隔間中的所有存貨的相同的接近能力、樣本和儲存系統(tǒng)的可選地提供的電子響應能力、冷卻隔間的可預定區(qū)域中的溫度的可控性以及在記錄的樣本溫度下快速地進行樣本儲存和縮減樣本儲量。特別地，通過根據本發(fā)明從冷卻隔間的底部區(qū)域產生冷卻氮蒸氣來避免冷卻隔間的潮濕和結冰(避免水、儲存在干燥氣體中)。本發(fā)明可用于執(zhí)行替代性的能量思想(使用氫來冷卻和發(fā)電)。另外，可實現安全相關系統(tǒng)的強大的冗余設計，并可通過受控的冷卻在冷卻隔間或其部件中保持不變的溫度。
[0019]根據本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，所述冷卻系統(tǒng)配備有至少一個另外的冷卻裝置(以下稱作第二冷卻裝置)，該冷卻裝置可獨立于第一冷卻裝置來操作。第二冷卻裝置也被提供用于冷卻所述冷卻隔間。根據第一變型，第二冷卻裝置布置用于冷卻所述冷卻隔間的側壁中的至少一個。第二冷卻裝置的冷卻元件例如作為中空壁結構嵌入側壁中的至少一個中，或定位在指向冷卻隔間的內部的一側上。根據另一變型，第二冷卻裝置替代性地或附加地被構造用于電冷卻和/或使用液氦(LHe)的冷卻。
[0020]第二冷卻裝置有益地使冷卻系統(tǒng)能夠混合操作。例如，至少兩種不同的冷卻原理可在時間上串聯(lián)地(例如，8h電冷卻、IOh用LN2冷卻)或并聯(lián)地和/或以不同的冷卻能力切換。根據另一示例，可提供:電冷卻至_150°C并另外用LN2冷卻；*LN2冷卻和操作員可選擇式地用LH冷卻；或將前室電冷卻至_80°C，然后電冷卻至_150°C并用LN2冷卻?？赏ㄟ^混合操作來實現全混合系統(tǒng)或半混合系統(tǒng)。在全混合系統(tǒng)中，兩個冷卻裝置都分別單獨地完全有效，即冷卻裝置中的每個都能夠使冷卻隔間能夠長期冷卻至低于_130°C的溫度。在半混合系統(tǒng)中，冷卻裝置中的一個(主冷卻系統(tǒng)、例如LN2)長期地處于操作中，同時冷卻裝置中的另一個(輔助系統(tǒng))僅在需要時開啟。第二冷卻裝置尤其可形成緊急冷卻系統(tǒng)，在所有其他冷卻裝置、尤其是第一冷卻裝置失效的情況下，所述緊急冷卻系統(tǒng)保證了樣本所處的整個冷卻隔間中溫度不上升到_138°C以上。
[0021]根據本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，冷卻隔間的頂部區(qū)域具有至少一個頂部開口。所述頂部開口尤其優(yōu)選是長期自由的通孔，冷氣體通過所述通孔總是向上地穿過頂部流出冷卻隔間。另外，頂部開口代表用于樣本的接近開口和/或用于操作員的進入和退出開口?？捎幸娴厥估鋮s隔間例如在側壁上或在底部區(qū)域中沒有其他開口，從而所述至少一個頂部開口代表了冷卻隔間的內部與周圍環(huán)境的唯一連通部，該連通部適合樣本、操作員或其他機械構件通過。因此，特別優(yōu)選地使操作員唯一地在冷卻隔間上方通過頂部區(qū)域進入和退出。然而，替代性地或附加地可使操作員通過側壁進入和退出。
[0022]所述至少一個頂部開口有益地提供了將外罩隔間放置到冷卻隔間上的選擇，樣本接收裝置或至少低溫貯藏的樣本例如在事故的情況下可容納在所述外罩隔間中。
[0023]另外，根據本發(fā)明的另一變型，在頂部開口上方提供至少一個操作室已被證實是有益的。與冷卻隔間的溫度相比，操作室的溫度可升高。然而，為了使熱損失減到最小，操作室優(yōu)選與冷卻系統(tǒng)的外部環(huán)境熱隔離。操作室包括對冷卻隔間起作用的技術系統(tǒng)。優(yōu)選地，在操作室中提供了具有機械控制元件的驅動裝置，例如用于接近樣本的機器人臂、和/或用于將操作員推入或推出冷卻隔間的傳送裝置。替代性地或附加地，操作室可與至少一個鎖定裝置(人員鎖定裝置和/或樣本鎖定裝置)連接。
[0024]根據本發(fā)明的一個優(yōu)選的變型，機械控制元件(例如抓持臂、杠桿或致動元件)可被引入冷卻隔間中。如果控制元件的至少多個部分、尤其是控制元件的多個部分之間的可相對于彼此移動的連接區(qū)域可被加熱，就提高了冷卻隔間中的驅動裝置的可操作性。連接區(qū)域可配備有局部作用加熱器。
[0025]根據本發(fā)明的其他優(yōu)選的變型，所述傳送裝置在操作室中包括吊索和/或步進裝置。吊索適于將操作員運送到冷卻隔間中和/或運送出冷卻隔間。對于該變型，操作員被懸掛在繩或鏈條上被運送。這尤其有益地增加了操作員在撤離出冷卻隔間的過程中的安全性。步進裝置例如包括:在冷卻隔間的內部(尤其是其底部區(qū)域)與頂部區(qū)域上方的操作室之間延伸的步梯或臺階。
[0026]其他的優(yōu)點可來自于:在供送連接部穿過頂部區(qū)域延伸于冷卻隔間及其周圍環(huán)境之間的情況下減少熱量損失。供送連接部包括媒介管路(尤其是冷卻劑或呼吸空氣管路)、電纜(尤其用于供電或用于信號傳輸)和/或光纜(尤其用于信號傳輸)。
[0027]根據本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施例，側壁中的至少一個可具有帶有至少兩個壁層的多層結構。發(fā)明人發(fā)現，帶有至少兩個熱隔離壁層的結構能夠以中等的冷卻劑消耗相對于室溫下的周圍環(huán)境有效地隔離冷卻隔間。另外，尤其在冷卻失效的情況下，可使冷卻系統(tǒng)的可操作性至少持續(xù)數天。使用多壁層具有的特別的優(yōu)點是，可考慮側壁的空間使用和密實充填來最佳地設計多壁層。每個壁層都是沿著側壁的延伸方向延伸的壁層。每個壁層都具有熱隔離作用(即導熱系數低于0.05W/m2(簡單的熱隔離泡沫材料)、尤其低于0.004W/m2(真空墊)、尤其低于0.001W/m2 (真空隔離))和/或防潮作用。多個壁層垂直于側壁的延伸方向堆疊。側壁包括至少一個塑料層、至少一個真空構件層和/或至少一個蒸氣阻擋層。所述塑料層例如包括由泡沫塑料制成的板、尤其是硬質泡沫板。通過使用塑料層，可相對于另一壁層優(yōu)化容積。所述真空構件層例如包括真空隔離壁板，所述真空隔離壁板由于其導熱系數低，因而是有益的。所述蒸氣阻擋層例如包括水蒸氣不能滲透的箔。尤其地，可在側壁內提供多個氣封，以便防止由于潮濕而引起的失效。
[0028]側壁中的至少一個尤其可由適合于自發(fā)地封閉任何中斷(例如裂縫或孔洞)的材料(復合材料，例如泡沫、流體；例如具有合適的密封材料的可膨脹體)。因此，側壁中的至少一個可以是自愈合壁。
[0029]側壁中的至少一個還可具有可變換的導熱系數。導熱系數例如可借助于從真空構件層抽空或向真空構件層中供送氣體或液體來變換。
[0030]根據本發(fā)明，側壁中的至少一個在朝向冷卻隔間的內側上可覆蓋有金屬材料，以便例如形成冷卻層和/或以便容納第二(電)冷卻裝置的冷卻元件。
[0031]另外，根據本發(fā)明，側壁中的至少一個可以以模塊化的方式構造，其中，相對于相應的側壁垂直移動的至少一個壁元件可從該壁元件的組合中釋放。所述至少一個壁元件是可移位的并可與側壁分離。所述至少一個壁元件有益地能夠使側壁的結構具有單獨可交換的隔離媒介而不危及樣本。替代性地或附加地，所述至少一個壁元件使冷卻隔間具有緊急開口，以便在事故(撤離)的情況下從冷卻隔間快速移除樣本。壁元件例如可借助于擊打即刻地從側壁移掉。有益地，在事故的情況下，可在側壁的外側上對應于所述至少一個可移位的壁元件的位置提供用于移動的撤離容器的接合裝置。
[0032]根據本發(fā)明的另一優(yōu)選的實施例，側壁中的至少一個可具有門開口，所述門開口通過可移動的門扇關閉。所述門扇與周圍側壁類似地以熱隔離的方式設計。側面門開口可有益地使操作員側向接近冷卻隔間。優(yōu)選地，門開口布置在底部區(qū)域上方的預定距離處。所述距離優(yōu)選等于至少10cm、尤其至少50cm、直至幾米。門開口與底部區(qū)域經由臺階連接。在這種情況下，下側封閉的空間在底部區(qū)域之上直至門開口之下的高度水平上形成，以便接收氣狀氮。氣狀氮的至少一部分即使在門開口開啟時也不能從冷卻隔間逸出。替代性地或附加地，可使門扇布置成能平行于相應的側壁移位。在這種情況下，構建了例如可在高度上拉動或側拉的壁表面(隔壁)。用于撤離容器的接合裝置或鎖定裝置可對應于門開口的位置提供在側壁的外側上。
[0033]有益地，冷卻隔間中的樣本接收裝置可包括擱架(所謂的“臺架”)，所述擱架形成用于生物樣本的支撐結構。在這種情況下，優(yōu)點在于例如通過機械控制元件自動地接近樣本。擱架包括承載板(臺架)，帶有生物樣本的容器自由地位于所述承載板上。特別優(yōu)選地，擱架由導熱系數增加的材料、例如金屬形成。這能夠有益地在樣本接收裝置中形成均勻的溫度分布。
[0034]樣本接收裝置可被設計成用于與控制裝置電連接和/或光學連接(操作控制)。這有益地使擱架和(如有必要)擱架上的樣本具有電子響應能力。
[0035]根據本發(fā)明的一個變型，樣本接收裝置可配備有伸到底部區(qū)域中的熱橋。熱橋由導熱系數增加的材料、例如金屬構成。這有益地提供了到第一冷卻裝置的LN2-池的導熱良好的連接。根據本發(fā)明的另一變型，樣本接收裝置可替代性地或附加地形成剛性構件。例如，將擱架連接至剛性結構。在這種情況下，優(yōu)點在于位置的精確度和平臺的重量負載的重復性。
[0036]根據本發(fā)明的另一變型，冷卻隔間可通過分隔壁再分成子隔間。分隔壁可在冷卻隔間中在豎直和/或水平方向上延伸。這有益地實現了分區(qū)成前-和主冷卻隔間以及(如有必要)次冷卻隔間。例如，可根據所使用的儲存能力和存取頻率和/或儲存溫度要求來目標性地冷卻樣本。例如，可在冷卻隔間的特定部分中(例如前部、中部、上部、后部和/或下部部分中)目標性地降低或升高溫度。另外，可形成熱通道，在事故的情況下通過該熱通道提供升高的溫度，以快速地撤離樣本。
[0037]通過分隔壁，可提供:以相互圍繞的具有不同溫度的子隔間為特征的結構。例如，冷卻隔間的中部的子隔間可具有最低的溫度，并提供最高的安全性以保持低溫貯藏溫度。這提供了這樣的儲存方案:其中，最貴重的冷凍的活樣本儲存在冷卻隔間的中部的子隔間中，冷凍的無生命物質儲存在周圍的子隔間中，液體、遺傳物質、絲氨酸等儲存在外部的子隔間中。
[0038]根據本發(fā)明的總體特征，冷卻系統(tǒng)可配備有下列構件中的至少一個:
[0039]-用于將特定室的內部中的冷的氣相徹底混合的通風機，
[0040]-氣體傳感器，例如氧氣傳感器，
[0041 ]-溫度傳感器，尤其用于冷卻隔間中的空間分布溫度測量，
[0042]-警報裝置，例如警報燈，
[0043]-引入最小的紅外輻射或熱輻射的照明設備，例如使用發(fā)光二極管(LED)或其他冷光源，用于在頂部區(qū)域中、底部區(qū)域中或側壁中的至少一個中進行光耦合的玻璃纖維(玻璃纖維尤其可經由熱隔離部供送至冷卻隔間中，例如經由被抽真空的真空構件的接入)，
[0044]-非接觸的能量和信號入口(感應或光學耦合)，
[0045]-監(jiān)測裝置，例如攝像機監(jiān)測系統(tǒng)、運動探測器和/或熱探測器，
[0046]-具有自連接、無橋供電電壓的緊急供電裝置，
[0047]-在冷卻隔間的上部區(qū)域中例如用于供送液氮或氦的冷卻劑噴灑系統(tǒng)，以用于冷卻隔間的快速冷卻，和
[0048]-用于在緊急情況下例如從液罐車進行外部液態(tài)氣體供送的連接裝置，
[0049]-氮液化系統(tǒng)，
[0050]-冷卻劑容器，其被提供用于接收備用量的液氮，和/或
[0051]-冷凝物收集元件，其從底部區(qū)域伸到冷卻隔間中。
【專利附圖】

【附圖說明】[0052]下面參考附圖來描述本發(fā)明的另外的優(yōu)點和細節(jié)。附圖示出如下:
[0053]圖1和圖2:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的示意性剖視圖；
[0054]圖3和圖4:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的另外的實施例的示意性透視圖；
[0055]圖5:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的側壁的示意性剖視圖；
[0056]圖6:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)以及附加的驅動裝置的示意性概觀圖；
[0057]圖7:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的具有分區(qū)的冷卻隔間的另外的實施例的示意性頂視圖和剖視圖以及從擱架取下樣本的圖示；
[0058]圖8:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的另一實施例的示意性剖視圖；
[0059]圖9:根據應用情況調整根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的冷卻隔間的示意性圖示；以及
[0060]圖10:根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的另一操作模式的示意性圖示。
【具體實施方式】
[0061]根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的和用于操作該冷卻系統(tǒng)的方法的優(yōu)選實施例在下面通過示例性地參考具有冷卻隔間的冷卻系統(tǒng)來描述，所述冷卻隔間的尺寸被選擇成使操作員可在該冷卻隔間中步行多步。本發(fā)明的實現不限于示例性示出的冷卻隔間尺寸，而是即使對于相對明顯較大的冷卻隔間(廳)或是對于較小的冷卻隔間都是相應地可行的。下面尤其參照冷卻系統(tǒng)的結構和根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)所允許的新穎的操作模式來描述實施例。生物樣本的低溫貯藏的細節(jié)、例如樣本制備或某些冷卻工序的實現或樣本的存放以及儲存的樣本數據可通過根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)如現有技術本身公知地來實現。
[0062]圖1以示意性剖視圖示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的第一實施例，所述冷卻系統(tǒng)I具有冷卻隔間100、第一冷卻裝置200、第二冷卻裝置300、操作室400和冷卻劑供送裝置 500。
[0063]冷卻隔間100向下通過底部區(qū)域110、側向通過側壁120且向上通過頂部區(qū)域130限定。冷卻隔間100的內部容積例如等于10mX5mX3m。樣本接收裝置140布置在冷卻隔間100中，坐落于底部區(qū)域110上并鄰近于側壁120。冷卻隔間100的內表面設有冷卻層101，所述冷卻層101由導熱系數高的材料、例如金屬形成。冷卻層101具有的有益作用是，使冷卻隔間100中的溫度補償在豎直方向上進行。尤其地，也可將冷卻隔間100的上部區(qū)域中的溫度調節(jié)至低于_130°C，這對于活生物樣本的長期儲存是重要的。
[0064]溫度傳感器103布置在冷卻隔間100中和操作室400中。多個溫度傳感器103設于離底部區(qū)域110的不同距離處。這使得能夠探測冷卻隔間100中的溫度分布。如有必要，在冷卻隔間100中可通過第二冷卻裝置300和/或通風裝置(未示出)進行附加冷卻，以實現溫度的補償、尤其是在冷卻隔間100的上部區(qū)域中的溫度下降。
[0065]底部區(qū)域110包括平臺111，所述平臺111在具有槽210的第一冷卻裝置200上方延伸。槽210具有帶有被抽真空的內部的雙層壁槽體，且在其外側上設有熱隔離部。所述熱隔離部與側壁120具有相同的結構。替代性地或附加地，所述槽通過紅外反射的真空區(qū)域隔離。在冷卻系統(tǒng)I的操作過程中，液氮220包含在槽210中。液氮220優(yōu)選具有朝向底部區(qū)域110的自由表面。氮池得以形成。在冷卻系統(tǒng)I的操作過程中，槽210的填充和液氮220的蓄積的維持借助于冷卻劑供送裝置500進行。
[0066]平臺111包括例如由鋼制成的柵格，所述柵格在槽210上方延伸，并配備有踏步平臺112。所述踏步平臺112減少了操作員3與平臺111之間的任何可能的機械接觸，使得從操作員3到平臺111的任何可能的熱流動被減到最小。由于平臺111為操作員3以及還為樣本接收裝置140形成了支撐區(qū)域，因此平臺111可通過附加的構件(未示出)機械地支撐在槽210中。
[0067]側壁120包括具有內塑料層121和兩個外真空構件層122.1、122.2的多個層狀壁層。塑料層121包括由聚合物泡沫、例如聚氨酯泡沫制成的層。塑料層121的厚度例如可在IOcm至Im的范圍內選擇或還可大于lm。真空構件層包括被抽真空的構件(所謂的“真空構件”)的內部層122.1和外部的被抽真空的中空壁122.2。內部真空構件層122.1的被抽真空的構件以尤其像用于建筑目的的傳統(tǒng)的建筑石材或磚塊的平行六面體形成，且由具有被抽真空的或可被抽真空的內部的塑料制成。外部真空構件層122.2的中空壁在正常操作模式中是被抽真空的或可選地被充以冷卻液。對于冷卻裝置中的一個失效的情況，中空壁尤其具有有益的功能。如果冷卻裝置中的一個失效，外部真空構件層122.2的中空壁可從可切換的外部輔助容器(見圖6)充以冷卻劑、例如液氮，從而由于防止了熱量從外部滲透而防止了冷卻隔間100不期望地變熱，盡管這產生了高的冷卻劑消耗。在這種情況下，該中空壁不應形成最外的層。
[0068]與圖1中的描述不同地，塑料層和真空構件層的順序可調換。另外，可提供另外的塑料層和/或真空構件層。下面參照圖5來描述側壁120的其他細節(jié)。
[0069]頂部區(qū)域130包括例如由聚合物泡沫形成的塑料層132，頂部開口 131在所述塑料層中形成。具有驅動裝置410和機械控制元件411的操作室400設置在頂部開口 131上方，所述機械控制元件411伸入到冷卻隔間100的內部中。圖1通過示例示出了具有可通過驅動裝置410致動的豎直(412)和水平(413)移位單元的桿組件。樣本2可通過機械控制元件411引入到樣本接收裝置140中或從樣本接收裝置140中移除。機械控制元件411例如使用吊索、鏈條、帶齒的傳動帶等從上方、即從操作室400驅動，所述吊索、鏈條、帶齒的傳動帶等的驅動裝置410布置在操作室400中。如有必要，電機、導向輥或其他機械連接區(qū)域可以以熱隔離的方式被封裝或被局部加熱。為了防止熱橋，機械控制元件411中包括熱隔離元件(未示出)。
[0070]樣本接收裝置140包括擱架141 (所謂的“低溫架”)，生物樣本2在所述擱架141中儲存在樣本容器中。擱架141具有由導熱性良好的材料制成的、例如由金屬制成的框架，所述框架與平臺111具有熱接觸，并經由熱橋142與第一冷卻裝置200中的液氮220直接地熱接觸。這有益地保證了直至擱架141的上部隔室的有效冷卻。
[0071]第二冷卻裝置300設置在側壁120上、尤其布置在側壁120的朝向內的表面上或嵌入側壁120中。第二冷卻裝置300被構造用于電冷卻。第二冷卻裝置300包括與冷卻總成320連接的冷卻元件310。冷卻總成320位于冷卻隔間100之外、優(yōu)選位于冷卻隔間100上方。通過第二冷卻裝置300，例如可提供溫度低至-150°C的電冷卻。根據本發(fā)明的替代性變型，第二冷卻裝置300可形成為用氮冷卻或用液氦冷卻的替代物。
[0072]操作室400包括用于機械控制元件411的驅動裝置410。另外，操作室400還可包括驅動裝置(例如見圖2)和/或與人員和/或樣本鎖定裝置450、460 (例如見圖3、圖6)連接。
[0073]冷卻劑供送裝置500包括冷卻劑儲存容器510和冷卻劑管路520。冷卻劑管路520從冷卻劑儲存容器510穿過頂部區(qū)域130并穿過冷卻隔間100引導至第一冷卻裝置200中。冷卻劑管路520在冷卻隔間100之外被熱隔離、例如由真空管路形成。相反，在冷卻隔間100 (附圖標記521處)內，不為冷卻劑管路520提供熱隔離。這提高了冷卻隔間100的內部的冷卻。另外，冷卻劑管路520在冷卻隔間100中代表冷凝物收集元件(除濕器)。冷卻隔間100中的任何殘留濕氣沉降在最冷的位置上、即冷卻劑管路520的表面上，直至干燥且冷的氮氣氛在整個冷卻隔間100中形成且沒有另外的積冰。
[0074]冷卻劑管路520作為冷凝物收集元件的功能尤其在冷卻隔間的初始冷卻過程中是有益的。濕氣借助于冷凝物收集元件被限制，從而在操作冷卻系統(tǒng)I的過程中保障了干燥儲存。干燥儲存(防止積冰的儲存)不僅有益于樣本的保存期，而且還有益于樣本處理的自動操作。以這種方式，可更容易地移動機械控制元件411的可移動部件。
[0075]圖1示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的一個重要設計原則。到冷卻隔間100的內部中的所有供送連接、尤其是供送管路和開口全部通過頂部區(qū)域130、即從上方進行。這使得熱供送變得最小。另外，對于不能在低溫下操作的裝置，較熱的頂部附件可布置在操作室400中或上方(見圖2)。尤其地，具有較高溫度的或甚至具有用于可移動部件(例如馬達)的操作的內部加熱器的隔間可放置在頂部。多個這種類型的隔間可塔式地一個位于另一個上方地構造(見圖2)。由于氣體持續(xù)地從第一冷卻裝置200產生且體積明顯增加，并且冷卻系統(tǒng)I被設計成無壓力的、即非氣密的，因此氮持續(xù)地從底部流動經過冷卻隔間100。例如成虹吸管形式的出口 102布置在冷卻系統(tǒng)的最上的部分中，以用于氮的釋放。對于冷卻系統(tǒng)I的可靠操作還值得注意的是在被盡可能地延遲的事故的情況下、尤其在冷卻系統(tǒng)失效的情況下的加熱。這尤其通過側壁120的熱隔離結構來實現。
[0076]為了冷卻系統(tǒng)I的操作，冷卻隔間100通過第一冷卻裝置200、最后在第二冷卻裝置300的支持下被冷卻至期望的低溫貯藏溫度。隨后，使用機械控制元件411將生物樣本2布置在冷卻隔間100中的樣本接收裝置140中。在事故的情況下或出于維修、控制或操作工作的目的，操作員3可穿過頂部開口 131或穿過側門(見圖4)步入冷卻隔間100中。操作員3穿著具有熱隔離和頭部防護裝置的防護服，所述防護服保障防護操作員免于熱損失。
[0077]圖2示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的一個改進的實施例的示意性剖視圖，該實施例根據如上參照圖1所述的冷卻隔間100、第一冷卻裝置200、第二冷卻裝置300和冷卻劑供送裝置500來構造。關于操作室400有如下不同。根據圖2，操作室400包括:第一隔間420，其基本上被構造成類似于根據圖1的操作室400 ;第二隔間430和第三隔間440。在第二和第三隔間430、440中，布置了另外的操作設備431、441、例如測量和/或控制裝置或另外的驅動器。操作室400的多個隔間分別熱隔離地布置?？稍诿總€隔間中調節(jié)特定的溫度。通常，溫度從第一(420)到第三(440)隔間升高。為了輸送形成于冷卻隔間100中的氣氛，操作室400的多個隔間經由管連接部401 (或其他通孔)連接。具有虹吸管的出口 102設置在第三隔間440的上側上。
[0078]分別具有至少一個隔間門402的多個分隔壁設置在隔間420、430和440之間。這便于在隔間420、430和440中設置不同的溫度。例如，如果在冷卻隔間100中將溫度調節(jié)到-196°C至_140°C范圍內，在第二隔間430中可將溫度調節(jié)為大約_80°C，在第三隔間440中可將溫度調節(jié)到_40°C至_20°C范圍內。因此，具有不同操作溫度的不同操作裝置可容納在隔間420、430和440中。溫度傳感器403布置在隔間420、430和440中的每個中，以用于溫度的監(jiān)測。
[0079]與圖2不同地，隔間420、430和440可相對于彼此開啟。在這種情況下同樣地，在不受干擾地冷卻的情況下，可形成一系列溫度向上增加的、水平布置的氣體層。另外，尤其具有電阻加熱或紅外燈的局部加熱器可布置在隔間420、430和440中的至少一個中，以便加熱溫度敏感的構件，以用于至少某些操作階段中的操作。這有益地可在不影響冷卻隔間100中的溫度的情況下實現。
[0080]圖3借助于根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的另一實施例示出了操作員3到冷卻隔間100的進入通路的特征。具有底部區(qū)域110、側壁120和頂部區(qū)域130的冷卻隔間100的圖示以簡化的方式用示意性透視圖來表示。在實際執(zhí)行中，冷卻系統(tǒng)I可如以上參考圖1和圖2所述地根據這些構件來構造。
[0081]可通過蓋132關閉的頂部開口 131設置在頂部區(qū)域130中。當操作員3進入冷卻隔間100時，由于在冷卻隔間100的頂側上提供了用于使操作員3進入的開口，因此冷卻隔間100中的溫度分層有益地幾乎不受影響。替代性地，可在側壁中的一個中提供用于使操作員3進入的開口(見圖4)。
[0082]操作室400布置在頂部開口 131上方。傳送裝置150布置在操作室400中，所述傳送裝置150被構造用于將操作員3送入冷卻隔間100中和/或將操作員3從冷卻隔間100移出。傳送裝置示例性地以具有吊機的吊索151和步進裝置152 (梯子)示出。構件151、152可單個提供。然而，出于安全考慮，優(yōu)選這兩個構件都提供，以便能夠在需要時將操作員3快速地和安全地從冷卻隔間100中移出。吊索151還可用于運送樣本2和/或擱架141。
[0083]操作室400與人員鎖定裝置450連接，所述人員鎖定裝置450可從外部經由熱隔離的外部封閉門451進入。人員鎖定裝置450與操作室400通過熱隔離的、內部封閉門453隔開。管連接部452設置在操作室400與人員鎖定裝置450之間，以用于壓力均衡，使得在兩室之間不產生壓力差，且氮氣可從冷卻隔間100經由操作室400逸出到人員鎖定裝置450中，并從人員鎖定裝置450中經由出口 102向外逸出。
[0084]經由人員鎖定裝置450到冷卻隔間100的步入通路實現為:使操作員3首先在人員鎖定裝置450之外穿著具有呼吸空氣供送裝置5的防護服4。然后，在人員鎖定裝置450中進行到中等溫度范圍、例如_80°C的初步冷卻。為此，人員鎖定裝置450配備有冷卻裝置(未示出)。替代性地，人員鎖定裝置450可通過流出冷卻隔間100的一部分蒸氣來冷卻。如果操作員3充分地冷卻下來，就將他傳送到操作室400中，并使用吊索151和/或借助于步進裝置152從操作室400傳送到冷卻隔間100中。在冷卻隔間100中，操作員3可以移動，例如以便在樣本接收裝置140上執(zhí)行維修工作。
[0085]人員鎖定裝置450的封閉門451、內部封閉門453和蓋132設有適用于以下步驟中的至少一個的電接觸部和閉合控制系統(tǒng)。
[0086]首先，在冷卻系統(tǒng)I的正常操作過程中可提供對冷卻隔間100的檢查。操作員在外部穿上具有呼吸空氣供送裝置5的防護服4。在這種情況下，人員鎖定裝置450的外封閉門451僅可在內封閉門453和蓋132關閉時開啟。如果操作員3處于鎖定裝置450中，外封閉門451就關閉，且內封閉門453僅可在人員鎖定裝置450中已經形成具有預定溫度的干燥的氮氣氛時開啟。為此，氣態(tài)氮或液氮可從外部被吹入。一旦人員鎖定裝置450中達到預定的溫度和氣氛的干燥度，內封閉門453就開啟，操作員3可走進操作室400中。此處，操作員3被進一步冷卻至預定溫度。一旦操作員3充分地冷卻下來、且操作室400中的氣氛已經達到預定的標準值，蓋132就被開啟，使得操作員3可進入冷卻隔間100。在冷卻隔間100中，操作員3受到視頻監(jiān)控，并經由無線音頻連接與冷卻系統(tǒng)I之外的助手保持聯(lián)系。在正常操作過程中以相反的順序離開冷卻系統(tǒng)I。
[0087]其次，在緊急情況下可借助于緊急開關(未示出)將蓋132和內、外封閉門451、453同時開啟。在這種情況下，能夠尤其為了援救操作員3和/或保護儲存的樣本而快速接近冷卻隔間100的內部。在緊急情況下，操作員3可通過頂部開口 131和人員鎖定裝置450自行離開冷卻隔間100或從冷卻隔間100中被拉出來。同時地，可借助于鼓風機460將加熱的干燥空氣從外部吹入冷卻隔間100中，并從冷卻隔間100進到操作室400和人員鎖定裝置450中。溫度可由此升高至高于_50°C的值，并可供送氧氣。該操作可借助于氧氣傳感器(未示出)來監(jiān)測。因此，如有必要，另外的助手可在無需防護服且他們自己無需氧氣供送的情況下在冷卻隔間100中行動。
[0088]圖4借助于根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的另一實施例示意性地示出了對冷卻隔間100進行檢查以及將樣本接收裝置140送入冷卻隔間100中或從冷卻隔間100撤出的特征。如圖3所示，以簡化的示意性透視圖示出了具有底部區(qū)域110、側壁120和頂部區(qū)域130的冷卻系統(tǒng)I。
[0089]為了送入或撤出樣本接收裝置140，頂部開口 131設置在頂部區(qū)域130中，且操作室400位于頂部開口 131上。操作室400具有塔狀的外罩隔間400.1，所述外罩隔間400.1的高度使樣本接收裝置140的擱架141可完全容納在操作室400中。驅動裝置410以及吊索414位于操作室400中，尤其在事故的情況下可通過所述驅動裝置410以及吊索414將擱架141拉到操作室400中。
[0090]與圖3不同地，具有可移位的門扇126的門開口 125布置在側壁120中的一個中，以使操作員3能夠步入。門開口 125在位于底部區(qū)域110上方的預定高度處。升高的入口是優(yōu)選的，從而當門開口 125開啟時，填充于冷卻隔間100中的冷氣體不會流動到外部。臺階127處于門開口 125與底部區(qū)域110之間，操作員3可經由所述臺階127進入冷卻隔間100中。門扇126被構造用于平行于側壁120的平坦延伸的方向移位。平行于側壁的豎直或水平移動是優(yōu)選的，因為否則地話，在相對于側壁樞轉移動的情況下將在冷卻隔間100中破壞所填充的冷氣體的水平分層。
[0091]在冷卻隔間100之外，人員鎖定裝置450布置在側壁120上，所述人員鎖定裝置450具有至少兩個隔間455,456和外(451 )、中(454)、內(126、457)封閉門。內封閉門457由門扇126形成。管連接部452設置在冷卻隔間100與冷卻隔間455、456之間，冷氣體可從冷卻隔間100通過所述管連接部452流出到外部。氣體從外隔間455通過出口 102流動到周圍環(huán)境中。在外隔間455中，設置了例如-20 V的溫度，而在內隔間456中設置了 -80 V的溫度。
[0092]為了檢查冷卻隔間100，操作員3在人員鎖定裝置450之外穿上具有呼吸空氣供送裝置5的防護服4。操作員3在人員鎖定裝置450中逐步地冷卻下來，直至他可通過門開口125走進冷卻隔間100中。人員鎖定裝置450的門451、454、457可被控制用于正常操作或緊急情況，如以上參照圖3所述。
[0093]由于可能需要在冷卻隔間100中停留較長一段時間(>15分鐘)，示意性地示出的供送連接部104布置在冷卻隔間100中。防護服4和/或呼吸空氣供送裝置5可暫時地或永久地連接至供送連接部104，例如以便節(jié)省防護服4中的能源或以便供送氧氣。
[0094]圖5A-5C示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的冷卻隔間100的側壁120的另外的細節(jié)。側壁120的結構特征也可相應地設置用于冷卻隔間的底部區(qū)域下方的第一冷卻裝置200 (見圖1)的熱隔離。在圖5A-5C的示意性剖視圖中，冷卻隔間100相應地布置在側壁120的右側，即側壁120的外側在圖5A-5C中相應地在側壁120的左側。
[0095]根據圖5A，在側壁120的內側上首先是冷卻層101，所述冷卻層101由金屬、例如鋁或鋼構成，厚度范圍在幾毫米直至1cm。冷卻層101與第一冷卻裝置200 (見圖1)、尤其與第一冷卻裝置200的液氮220直接地熱接觸，從而通過冷卻層101支持對冷卻隔間100的內部的冷卻。然后是第一真空構件層122.1，其具有沿著側壁120延伸的被抽真空的中空壁。被抽真空的中空壁的外表面被設計成用于反射紅外輻射(熱輻射)，并為此設有反射表面涂層或反射箔120.1。因此，來自外部的熱輻射有益地被反射。
[0096]然后，還存在另一真空構件層122.2，其包括由磚形的隔離構件制成的磚墻。所述隔離構件是具有被抽真空的、封閉的內部的中空塑料體。每個隔離構件都是自獨立系統(tǒng)。在真空構件層122.2內，隔離構件如磚墻中一樣地以多層交錯的方式布置，從而這有益于抑制通過側壁120的熱量傳輸。
[0097]向外然后是由泡沫塑料、例如聚氨酯制成的塑料層121。塑料層121的厚度例如等于IOcm直至Im (出于隔離和穩(wěn)定性目的)。用于側壁120的機械防護的防護層121.1、另一壁膨脹層和/或另一真空構件層(見圖1)布置在塑料層121的外側上。
[0098]本發(fā)明的一個優(yōu)點尤其在于，可在沒有任何必要的實際限制的情況下根據需要增加側壁120的厚度。根據冷卻系統(tǒng)的尺寸，總厚度范圍在Im至6m或IOm或更高是可行的和可取的。對于傳統(tǒng)的冷柜，需要盡可能薄的柜壁以節(jié)省儲存空間。對比之下，根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)的側壁120的厚度不起關鍵作用。
[0099]圖5A的實施例可修改成使另一中空壁嵌入，所述另一中空壁是另一冷卻裝置、尤其是電冷卻裝置的一部分。在事故的情況下(例如在冷卻隔間的底部區(qū)域下方的第一冷卻裝置失效的情況下)，在同時維護和修理第一冷卻裝置時，冷卻隔間的冷卻可完全通過側壁120來實施。例如當第一冷卻裝置200的液氮220的存量不足且不能很快地填充時，可提供由側壁120進行的冷卻。該改進在圖5B中更詳細地示出。
[0100]圖5B示出了側壁120，其中，真空構件層122.1布置成具有增加的厚度，且附加地，第二冷卻裝置300 (見圖1)的冷卻元件310布置在側壁120的內側上。冷卻元件310包括另一層狀的、中空壁式構件，例如由金屬制成的多個中空襯。中空襯可布置在整個表面上，或彼此相互間隔開地布置在側壁120的內側上。冷卻元件310與冷卻總成320 (見圖1)連接。另外，冷卻元件310可與第一冷卻裝置200的液氮220 (見圖1)連通。
[0101]在正常操作過程中，冷卻隔間100的內部的冷卻受到冷卻元件310支持。在事故的情況下，冷卻元件310可從外側由附加的冷卻劑流過。所述附加的冷卻劑可通過電冷卻系統(tǒng)提供，或從冷卻劑貯存罐或相連接的液罐車例如以液氮來提供。
[0102]圖5C示出了側壁120的另一修改的變型，其中，真空構件層122.2和塑料層121的順序被調換。詳細來說，首先，金屬冷卻層101設置在側壁120的內側上，第一真空構件層122.1布置在金屬冷卻層之下。第一真空構件層122.1如圖5A所示地可配備有反射元件120.1。然后是塑料層121和由真空構件層122.2的隔離構件制成的磚墻。向外然后是另一防護層122.3，真空構件層122.2通過所述另一防護層122.3穩(wěn)定。另外，出于防護或穩(wěn)定目的，外面可接傳統(tǒng)的壁結構。
[0103]圖6中的示意性圖示示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I與冷卻劑供送裝置500和操作控制系統(tǒng)600的連接關系。冷卻系統(tǒng)I配備有冷卻隔間100，所述冷卻隔間100被構造用于在低于_80°C、尤其低于_130°C的溫度下長期儲存生物樣本。通常，冷卻隔間100中的溫度低于_140°C。為此，第一冷卻裝置200 (見圖1)如下所述被供送液氮。
[0104]冷卻劑供送裝置500包括第一(510)和第二(511)冷卻劑儲存容器(貯存罐)。如有必要，可借助于外部移動貯存器(液罐車)來填充冷卻劑儲存容器510、511。然而優(yōu)選的是，在本發(fā)明的一個變型中，冷卻劑供送裝置500配備有自己的液化系統(tǒng)530。液化系統(tǒng)530持續(xù)地將液氮輸運到冷卻劑儲存容器510、511中。液化系統(tǒng)530具有的優(yōu)點是，可在長的一段時間、數月地、數年地或數世紀地保證不間斷的長期冷卻。提供了電流發(fā)電機531用于向液化系統(tǒng)供電，所述電流發(fā)電機531在事故的情況下也可用于向第二冷卻裝置供電。
[0105]第一冷卻劑儲存容器510經由冷卻劑管路520與第一冷卻裝置200 (見圖1)連接。另外，第一冷卻劑儲存容器與操作室400的可冷卻的外罩隔間400.1 (見圖4)連接，以便在事故的情況下在外罩隔間400.1中例如將溫度設置為_80°C。
[0106]第二冷卻劑儲存容器511經由蒸發(fā)系統(tǒng)、第二冷卻劑管路521和溫度控制裝置522與用于操作員的人員鎖定裝置450連接。溫度控制裝置522以如下方式被致動:在人員鎖定裝置450中，在第一隔間中設置_40°C的溫度，在第二隔間中設置_80°C的溫度。此外，溫度控制裝置522還用于附加地為用于樣本的樣本鎖定裝置460調節(jié)溫度。
[0107]使用控制回路將液氮隨后供送至第一冷卻裝置200中。第一冷卻裝置200的液氮的液位水平通過充填水平傳感器來記錄。在液位水平下降至低于臨界液位水平時，將液氮經由冷卻劑管路520附加地供送至第一冷卻裝置200。
[0108]冷卻劑供送裝置500另外設有外部輔助容器540，以便在事故的情況下向冷卻系統(tǒng)I供送液氮。輔助容器540優(yōu)選經由閉鎖元件(例如閥)與側壁120中的中空壁122.2(見圖1)連接。
[0109]另外，包括電冷卻總成320的第二冷卻裝置連接至冷卻系統(tǒng)1，所述電冷卻總成320被構造用于在冷卻隔間100中將溫度設置為_80°C、優(yōu)選為-150°C。第二冷卻裝置300的冷卻劑被輸運至冷卻隔間100的側壁中的冷卻元件310 (例如見圖1、圖5B)。
[0110]圖6還示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的操作控制裝置600的構件。尤其地，操作控制裝置600包括用于樣本儲存和收回自動機械的第一控制裝置601和用于系統(tǒng)控制的第二控制裝置602。第二控制裝置602尤其包括溫度設置裝置和/或傳感器的、光線的和監(jiān)測系統(tǒng)的(例如視頻攝像機)的控制裝置。另外，操作控制裝置600包括第一數據庫603，所述第一數據庫603與儲存在冷卻系統(tǒng)I中的樣本的數據儲存裝置聯(lián)接。樣本容器的電子器件和/或警報系統(tǒng)通過來自第一數據庫603的數據來控制，以用于探測臨界樣本狀態(tài)。第二數據庫604適于聯(lián)接至樣本的電子器件。操作控制系統(tǒng)600與冷卻系統(tǒng)I之間的數據連接可以是有線的或無線的。最后，操作控制裝置600包括真空系統(tǒng)605，所述真空系統(tǒng)605布置用于冷卻隔間100的側壁120的構件的抽空，且如有必要，可通過發(fā)電機531來供電。
[0111]圖7以從上方觀看的示意性剖視圖(圖7A)和以從側面觀看的示意性剖視圖(圖7B)示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的另一實施例。另外，圖7示出了從根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I中設置的擱架移除樣本的一個變型(圖7C)。對于根據圖7的冷卻系統(tǒng)1，冷卻隔間100借助于分隔壁160分成多個冷卻隔間105、106、107。冷卻隔間105、106、107的布置向外以底部區(qū)域110、側壁120和頂部區(qū)域130為界，如以上參照例如根據圖1的示例性實施例所述。冷卻隔間100可唯一地從上方通過頂部區(qū)域130進入。冷卻隔間100沒有在水平方向上穿過側壁120中的一個的開口。因此，避免了對冷卻隔間100中的氣體的水平分層的任何干擾。
[0112]另外，冷卻系統(tǒng)I完全適于自動化操作。在正常操作過程中，不對冷卻隔間100進行檢查。相反，樣本的供送或移除唯一地經由自動化系統(tǒng)通過頂部區(qū)域130 (例如見圖7C)來實施。
[0113]分隔壁160包括門開口 161，所述門開口 161布置成在底部區(qū)域110(還見于圖4)上方一距離處。操作員3可經由臺階162通過門開口 161接近冷卻隔間105、106、107中的每個。門開口 161的門扇可經由頂部區(qū)域130通過滑槽415拉到操作室400中。門開口161布置成使它們具有最大可能的間距。從圖7A中可以看出，門開口 161布置在內冷卻隔間105的一側上，該側與中冷卻隔間106的布置有第二門開口 161的一側相反。門開口 161的這種布置有益地使:當兩個門開口同時敞開時，從最外的冷卻隔間到最內的冷卻隔間沒有直接的氣體流動。
[0114]替代性地，可唯一地從上方接近所有冷卻隔間105、106、107，且門開口 161僅保留用于在事故的情況下的接近。在這種情況下，門開口 161可布置在底部區(qū)域的高度上，此時不需要臺階162。
[0115]窗(未示出)可提供在分隔壁160中。窗有益地促進了對冷卻隔間的內部的觀察和照明。窗優(yōu)選具有減小的導熱系數，且優(yōu)選使用真空復合材料窗。
[0116]圖7B示出了如何經由人員鎖定裝置450接近冷卻隔間100。操作員3經由臺階進入人員鎖定裝置450。穿著防護服的操作員3可從人員鎖定裝置450經由頂部開口 131攀爬到冷卻隔間107中。操作員3可從冷卻隔間107通過門開口 161走進內冷卻隔間106、105 中。
[0117]根據圖7的冷卻系統(tǒng)I具有的優(yōu)點是，可在冷卻隔間105、106、107中調節(jié)不同的溫度。最內的冷卻隔間105由于其被包圍的位置成為冷卻系統(tǒng)I的最安全的室。冷卻隔間105在事故的情況下將最慢地升溫，因為它被外冷卻隔間106、107保護免于熱穿透。因此，根據圖7的冷卻系統(tǒng)I優(yōu)選如下地使用。
[0118]最貴重的樣本、比如活物質(例如個別細胞、細胞懸液、血液或組織部分)存放在最內的冷卻隔間105中。通常，這些包括很少移動的存貨，僅需要很少的樣本存取。尤其地，儲備或備用存貨容納在最內的冷卻隔間105中。中冷卻隔間106包括需要經常存取的樣本。該區(qū)域可用作冷庫的工作空間。最后，能承受高達_50°C、如有必要甚至高達_20°C的升高的儲存溫度的樣本被儲存在最外的冷卻隔間107中。該樣本包括無生命物質、絲氨酸、血漿、遺傳物質等。
[0119]圖7C示出了如何將樣本接收裝置的擱架141從冷卻隔間100通過頂部區(qū)域130中的開口拉到上部操作室400中，以便從擱架141取得各個樣本?？梢苿拥母綦x塔480布置在操作室400中，所述可移動的隔離塔480至少在其內側上包括多孔材料481、例如硅酸鹽凝膠。擱架141沿著豎直軌143從低溫區(qū)域被提升到隔離塔480中。所述提升被實施到能夠通過隔離塔480中的縫隙482從擱架141移除所需樣本的高度。隔離塔480與液氮的貯存器(未示出)連接。多孔材料裝滿液氮，從而在隔離塔480內達到例如_160°C的溫度，且僅僅被移除的樣本短時間暴露于例如_20°C的環(huán)境溫度下，而擱架141上的所有其他樣本仍處于通過隔離塔480形成的、冷卻隔間100中的低溫范圍的波動誤差中。
[0120]使用多孔材料、例如硅酸鹽凝膠來儲存冷卻劑(尤其是液氮)對于隔離塔480的有效冷卻而言不是強制性的。隔離塔480也可由熱隔離材料形成。另外，根據本發(fā)明，多孔材料、例如硅酸鹽凝膠的使用通常還可提供在冷卻隔間100的其他構件上，尤其是底部區(qū)域110的、側壁120的或頂部區(qū)域130的其他構件上。
[0121]圖8示出了根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的另一實施例以及附加的細節(jié)。在正常操作過程中，該冷卻系統(tǒng)I也自動地工作，從而操作員不進入冷卻隔間。冷卻隔間100的檢查僅在特殊情形下、例如在事故情況下進行，以用于維護工作、安裝工作或檢查。雖然正常操作預期不對冷卻隔間100進行任何檢查，但是此處仍描述了特殊情況下對冷卻隔間的檢查。
[0122]如上所述，冷卻系統(tǒng)I被構造成具有冷卻隔間100和位于冷卻隔間100上方的操作室400。冷卻隔間100由底部區(qū)域110、側壁120和頂部區(qū)域130限定。第一冷卻裝置200位于底部區(qū)域110下方。第二冷卻裝置300與側壁120連接。頂部區(qū)域130中具有至少一個頂部開口 131，具有吊索151和梯子152的傳送裝置150穿過所述頂部開口 131從操作室400伸到冷卻隔間100中。
[0123]為了檢查冷卻隔間100，操作員3通過人員鎖定裝置450步入操作室400中。封閉門處于人員鎖定裝置450和操作室400之間，操作員3可通過所述封閉門經由臺階457接近操作室400。從操作室400通過頂部開口 131對冷卻隔間100進行檢查。外罩隔間400.1 (事故塔)在操作室400上方，在事故的情況下可將樣本接收裝置140、尤其是塔狀的擱架141運送至所述外罩隔間400.1中。
[0124]圖8示出了氮噴灑系統(tǒng)108作為根據本發(fā)明的冷卻系統(tǒng)I的另一有益的結構特征，所述氮噴灑系統(tǒng)108布置在冷卻隔間100中。氮噴灑系統(tǒng)108優(yōu)選位于頂部區(qū)域130的下側。有益地，在初次使用冷卻隔間或在事故情況下，可通過氮噴灑系統(tǒng)108實現快速冷卻。氮噴灑系統(tǒng)108 (見圖1、圖6)經由冷卻劑管路由冷卻劑供送裝置500供送。
[0125]另外，在冷卻隔間100中示出了冷凝物收集元件109。冷凝物收集元件109例如包括金屬板，所述金屬板與第一冷卻裝置200、尤其是液氮220相聯(lián)。冷凝物收集元件109形成冰阱。通過更換冷凝物收集元件109借助于機械刮削、吸取或借助于使用局部充氣的干燥暖氣體的升華作用可移除任何冰層。因此，不同于傳統(tǒng)的低溫貯藏技術，在余存的冷卻隔間中可抑制冰形成。
[0126]冷卻隔間100的和操作室400的通風經由具有虹吸結構的管連接部來實施。在事故的情況下，外部通風設備可將干燥、溫度適合的空氣供送至操作室400。為此設置了柔性管狀元件128。有益地，在冷卻系統(tǒng)I的操作狀態(tài)中可將溫度范圍在_5°C至_50°C的可呼吸氣氛快速地供送，使得足以能夠在少于一分鐘內、尤其在20s內進入操作室400。如果冷卻隔間100也需要如此，可卷起的管可穿過頂部開口 131沿著梯子152引導至冷卻隔間100中。在冷卻隔間100有效通風的情況下，在沒有呼吸設備和防護服的情況下也可在10-20S內進入冷卻隔間100。[0127]對于需要立即移除樣本的情況(撤離)，壁元件123布置在側壁區(qū)域中。壁元件123經由開口聯(lián)接部124與側壁120連接，且可從側壁120移除或從側壁120中敲出來。示意性地示出的接合裝置700布置在側壁120的外側上，以用于移動的撤離容器。
[0128]自動樣本存放或樣本移除通過樣本存取自動機械470來實施，所述樣本存取自動機械470位于操作室400中，且包括用于機械控制元件411的驅動裝置410。控制元件411的水平移動在高于_80°C溫度下的操作室400中實施。控制元件411的豎直臂416在移動到冷卻隔間100過程中穿過在頂部開口 131中開出的縫隙，從而可接近擱架141的所有托盤。樣本被取出、向上運送、到達樣本存取自動機械470，并被移送至溫度適合的閘門(-60至_80°C)，在此樣本被傳送至可在不穿任何熱防護服的情況下進入的移除位置458。
[0129]圖9示出了:在冷卻系統(tǒng)I被設計成具有工業(yè)廳尺寸的情況下，使用可變的分隔壁160是有益的。分隔壁160可按要求嵌入冷卻隔間100中或從冷卻隔間100中移除。分隔壁160相對于冷卻隔間100的縱向延伸方向在橫向和/或縱向方向上延伸。優(yōu)選地，分隔壁160可在豎直方向上、即向上移動，從而有益地防止了在冷卻隔間100中出現不期望的氣體流動或不受控的溫度梯度。另外，分隔壁160使得能夠在冷卻隔間100的各個隔間中以可變的溫度分別冷卻。以這種方式，冷庫可實現數百萬樣本的儲存能力。
[0130]根據圖10，可提供冷卻系統(tǒng)I的模塊化結構作為圖9中的圖示的替代，其中，所有隔間或樣本接收裝置在冷卻隔間100中形成單獨的元件，所述單獨的元件如有必要可以以自給自足的方式供送。這種方法具有可自由擴展的優(yōu)點。
[0131]對于以本發(fā)明的不同設計來實施本發(fā)明而言，在以上描述中公開的本發(fā)明的結構特征、權利要求和附圖單獨地或任意組合地來看都是重要的。
【權利要求】
1.一種冷卻系統(tǒng)(1)，所述冷卻系統(tǒng)(I)尤其用于生物樣本(2)的低溫貯藏，包括: -冷卻隔間(100)，其由底部區(qū)域(110)、側壁(120)和頂部區(qū)域(130)限定，和 -第一冷卻裝置(200)，其被提供用于用液氮(220)來冷卻所述冷卻隔間(100)，其中， -底部區(qū)域(110)被構造成用液氮直接冷卻， 其特征在于， -所述冷卻隔間(100)的尺寸被選擇成使操作員(3)能在所述冷卻隔間(100)中停留和移動，且 -底部區(qū)域(110)具有平臺(111)，所述平臺(111)使液氮(220)的蒸氣能夠透過，且形成用于操作員(3)的支撐區(qū)域。
2.如權利要求1所述 的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括: -第二冷卻裝置(300)，其能夠獨立于第一冷卻裝置(200)操作來冷卻所述冷卻隔間(100)。
3.如權利要求2所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述第二冷卻裝置(300)被提供用于冷卻所述冷卻隔間(100)的側壁(120)中的至少一個和/或被構造用于電冷卻操作。
4.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述頂部區(qū)域(130)具有頂部開口( 131 )，其中，至少一個操作室(400)設置在所述頂部開口(131)上方，所述至少一個操作室(400)包括驅動裝置(410)以及機械控制元件(411)、包括用于將操作員(3)送入所述冷卻隔間(100)中的傳送裝置(150)和/或與鎖定裝置(450)連接。
5.如權利要求4所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述機械控制元件(411)能夠嵌入冷卻隔間(100)中，其中，所述控制元件(411)中的至少部分可被加熱，和/或 -所述傳送裝置(150)包括吊索(151)或步進裝置(152)。
6.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述側壁(120)具有包括多個壁層的多層結構，所述多個壁層包括至少一個塑料層(121)、至少一個真空構件層(122.1，122.2)和/或至少一個氣封層。
7.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述側壁(120)中的至少一個以模塊化的方式被構造成具有至少一個壁元件(123)，所述至少一個壁元件(123)相對于相應的側壁(120)可豎直移動，且能夠與所述側壁(120)分離。
8.如權利要求7所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -用于撤離容器的接合裝置(700)被提供在具有所述至少一個壁元件(123)的所述側壁(120)的外側上。
9.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述側壁(120)中的至少一個具有帶有門扇(126)的門開口(125)。
10.如權利要求9所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -所述門開口( 125)布置在底部區(qū)域上方的預定距離處和/或所述門扇(126)布置成能夠平行于相應的側壁(120)移動。
11.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -具有擱架(141)的樣本接收裝置(140)設置在所述冷卻隔間(100)中，所述樣本接收裝置(140)適于接收樣本。
12.如權利要求11所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于， -樣本接收裝置(140)配備有伸到所述底部區(qū)域(110)中的熱橋(142)。
13.如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻系統(tǒng)包括: -分隔壁(160 )，其在所述冷卻隔間中沿著豎直和/或水平方向延伸， -冷卻劑輔助容器(540)，其被設置用于接收儲備量的液氮， -氮液化系統(tǒng)(530)， -冷凝物收集元件(109、521)，其布置在所述冷卻隔間(100 )中， -氮噴灑系統(tǒng)(108)，其布置在所述冷卻隔間(100)的上部區(qū)域中，和/或 -氦供送系統(tǒng)，其被構造用于所述冷卻隔間(100)的冷卻。
14.一種用于操作如前面權利要求中任一所述的冷卻系統(tǒng)的方法，具有如下步驟: -通過第一冷卻裝置(200)來冷卻所述冷卻隔間(100);以及 -將生物樣本定位在所述冷卻隔間(100)中。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于， -操作員(3)在所述冷卻隔間(`100)中執(zhí)行控制、維修和/或操作步驟。
【文檔編號】F25D3/10GK103459949SQ201280015818
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年2月1日 優(yōu)先權日:2011年2月2日
【發(fā)明者】G·R·富爾, H·齊默爾曼, B·克蘭茨, T·施密特 申請人:弗勞恩霍弗應用技術研究院, 健康與環(huán)境慕尼黑德國研究中心赫姆霍茨中心（有限責任公司）