超低温冰箱的工作原理、故障分析及预防性维护

徐丹丹

（福建省中医药科学院，福建 福州 350003）

超低温冰箱是20世纪后期随着分子生物学和生命科学的发展而发展起来的，它的温度范围在[-4℃,-192℃]，温度控制精度≤±1℃，是一种用来保存生物样品（如血液、疫苗、DNA、RNA、蛋白、细胞提取物等）或药品的低温储藏和保存设备，因其操作简单、容量大、有监控报警系统和独立的温度控制系统等优点，从而被广泛应用于血站、医院、疾控、科研院所等单位。超低温冰箱如此重要，一旦发生故障，就会造成很大的损失。因此，对其故障进行详细彻底的分析并做好预防性维护和保养就显得尤为重要。本文综合分析了多种典型故障以及引起这些故障的可能原因及相应的解决办法，希望可以为同行在维修此类设备时提供一定的借鉴和帮助。

1 超低温冰箱工作原理

超低温冰箱通常采用复叠式制冷方式，在超低温冰箱中一般有2个全封闭式的压缩机作为高温和低温压缩机使用。电源接通后，如果我们设定的温度低于超低温冰箱面板显示的温度时，一级压缩机启动，一级制冷系统开始工作。当热交换器内温度降至整体制冷温度的1/2到1/3左右时，二级压缩机启动，二级制冷系统开始工作，超低温冰箱内部温度降低。二级制冷系统的冷凝器释放出的热量全部由一级制冷系统的蒸发器吸收，一级冷凝器排出的热量则散入空气中。当冰箱内部的温度下降到设定温度时，感温探头电阻把信息传出，控制继电器失电断开，两级制冷系统全部都停止工作。当温度升高后重复以上过程，使超低温冰箱内的温度始终保持在我们所设定的温度附近。

2 超低温冰箱的典型故障

对超低温冰箱的故障进行统计分析，发现最容易出现故障的是它的制冷系统。在实际的维修过程中，并在前辈的指导下，总结出了一套“观察、触摸、测试”的维修方法，具体方法原理如下：为保障超低温冰箱的正常运行，在其制冷系统中会充入制冷剂和低温压缩润滑油，所以如果出现泄漏，肯定是两者同时泄漏。制冷剂是挥发性物质，很容易挥发掉，而润滑油会在泄漏的地方留下痕迹。我们可以根据润滑油泄漏的痕迹查找到故障点，即所谓的“观察”。超低温冰箱正常工作时，压缩机要不断做功。所以，只要是正常工作的压缩机，总会有一定的温度，一般正常状态下，压缩机外壳温度在70℃左右，也就是我们用手直接触摸其外壳的时候会感觉到有一定的温度，这个温度既不会过烫，也不会感觉过低，即所谓的“触摸”。“测试”是用钳形电流表无损测量压缩机工作时通过的电流，再将测量到的结果和额定电流进行对比，以此确定压缩机的工作状态。

2.1 超低温冰箱能正常工作，但是噪声特别大

出现这种情况，可能是冰箱的摆放不平稳、有物件接触到冰箱背部又或者是因为压缩机的减震效果差等原因。因为超低温冰箱在工作的过程中会产生振动，如果超低温冰箱没有摆放平稳或者减震效果差等，都会引起噪声过大。此外，如果有物件接触到冰箱的背部，也会导致噪声过大。如果是因为超低温冰箱没有摆放平稳所造成的，那么可以借助平衡仪进行平衡度的矫正，通过调节脚的高度使其变得平稳来解决噪声大的这个问题。如果是背部有物件，那么移走物件即可。经检查发现，超低温冰箱由于年代久远，使用时间过长，其压缩机的减震垫老化。随即更换压缩机的减震垫，故障排除。

2.2 超低温冰箱温度降到-45℃左右就不再降温

首先，通过观察，没有发现明显的油迹，所以排除制冷剂泄漏的可能。其次，用手分别触摸两级压缩机，一级压缩机手感正常，而二级压缩机手感发烫，温度偏高。再次，用钳形电流表检测二级压缩机电流，检测结果其电流远远超过额定电流；然后，用压力表分别检测二级制冷系统高、低压端压力，发现高压端压力远远超过额定值，低压端压力接近真空，从而判断制冷系统的管路出现了堵塞。为避免故障进一步扩大，此时要立刻关机。然后，把油分离器拆开，发现冷冻油偏少，从而判断为油分离器损坏，冷冻油不能彻底分离堵塞系统。用0.8～1.5MP氮气彻底吹洗管路，吹干净制冷管路中的冷冻油；更换干燥过滤器、油分离器，并把管路焊接好，再加入1.3～1.5MP的高压氮气加压检漏；把压缩机的低压工艺管与真空泵吸气口连接起来，采用二次真空法对系统抽真空，并按照铭牌上制冷剂的种类和填充数量给二级压缩机填充制冷剂。做完这一切后开机试运行，设备运转正常，故障排除。

2.3 超低温冰箱温度降到-78℃左右就不再降温

一般来说，超低温冰箱可以达到-85℃左右的制冷温度，而此台冰箱的最低温度只能达到-78℃左右。在此，我们同样使用“观察、触摸、测试”的方法来排除故障。首先，通过观察，没有发现油迹，从而排出制冷剂泄露的可能；其次，用手分别触摸一、二级压缩机，发现其温升都是正常的；再次，用钳形电流表测量，发现第二级压缩机电流略低于额定电流，第二级压缩机的做功稍差。用手触摸冷凝器的出、入口铜管，发现温差不明显。从而判断可能是第二级冷凝器的散热效率不高所导致。进一步仔细检查，发现冷凝器上落满灰尘。由于超低温冰箱是24h不间断工作的，其冷凝器前方虽有过滤网，但是排热风扇不断地吸入空气，还是会有灰尘被吸入并附着在冷凝片上，从而导致散热效率低下。彻底清洁冷凝器后，冰箱正常工作，故障排除。

2.4 超低温冰箱温度降到-40℃左右就不再降温

首先，通过观察，没有发现油迹，从而判断无制冷剂泄漏。再用手分别触摸一、二级压缩机，发现一级压缩机温升正常，而二级压缩机比较烫手，已进入热保护状态。进一步检查，发现冷凝器的温度偏高，冷却风扇被烧毁无法排出热量。一机压缩机制冷是为二级压缩机排出热量的，超低温冰箱底部的冷凝器一般是用风扇强制风冷。当风扇被烧毁时，冷凝器无法降温也就无法完成冷热循环。更换冷却风扇，冰箱正常工作，故障排除。

2.5 超低温冰箱温度降到-30℃左右就不再降温

首先，通过观察，没有发现油迹，说明无制冷剂泄漏。再次用手分别触摸一、二级压缩机，发现一级压缩机温升正常，二级压缩机感觉不到温度，基本无温升，冷凝器风扇工作状态正常。再用钳形电流表测量二级压缩机的电流，发现二级压缩机无电流通过。进一步检查，发现二级压缩机供电继电器没有工作。该超低温冰箱为两级制冷系统都设置了电子控温系统，当一级压缩机温度降至-30℃左右时，二级压缩机才开始启动，由此可以判断是二级压缩机的电子传感器出了问题。更换二级压缩机的电子传感器，超低温冰箱正常工作，故障排除。

3 预防性维护

要想使超低温冰箱长期处于良好的使用状态，降低故障发生率，提高使用寿命，做好日常的维护和保养是必不可少的一个重要措施。为了保证超低温冰箱的正常运行，防止设备损坏，建议注意以下几点。

（1）保证良好的环境温度。超低温冰箱工作环境温度一定要在30℃以下，周围通风良好。通风不畅或温度过高都容易使设备过载运行而损坏。必要的时候，超低温冰箱所在的房间，要安装功率大一点的空调来保证良好的温度环境。

（2）定期检查冰箱门封。如果门封胶条老化，门封不严，制冷效果会严重下降，从而使压缩机长期超负荷运转造成损坏。对于门封胶条老化的，要及时更换新的，确保冰箱门能关严实。另外，门板、门封条及各层的内门除冰要及时。

（3）定期清理散热过滤网，一般两个月一次。如果长期不清理过滤网，容易使灰尘堵塞网孔，散热不良，导致散热电机损坏，进而损坏压缩机。清理方法要严格按照使用说明书来操作。

（4）按月清洁超低温冰箱，保证清洁度。用干布清除冰箱内外和配件上的灰尘，如果冰箱太脏，要先用中性清洁剂清洗，再用纯净水彻底冲洗。但要务必注意不要在冰箱内部和上部直接冲水，这样做会使绝缘材料损坏并导致故障。压缩机和其他机械部分不需要使用润滑油。清洁压缩机的电扇务必小心。清洁完毕后，进行安全检查，做到“三确保”：确保冰箱插头插好，没有虚接；确保插头没有异常热度；确保冰箱的分配电线和电源电线没有刻痕和破裂。

4 结语

超低温冰箱的常见故障主要出现在制冷系统，在实际工作中，使用“观察、触摸、测试”的方法可以起到事半功倍的效果，另外，要做好超低温冰箱的预防性维护，降低故障的发生率。以上的总结希望可以对工程师在维修这类设备时提供一定的借鉴和帮助。