超低溫冰箱的工作原理、故障分析及預防性維護

徐丹丹

（福建省中醫藥科學院，福建 福州 350003）

超低溫冰箱是20世紀后期隨著分子生物學和生命科學的發展而發展起來的，它的溫度范圍在[-4℃,-192℃]，溫度控制精度≤±1℃，是一種用來保存生物樣品（如血液、疫苗、DNA、RNA、蛋白、細胞提取物等）或藥品的低溫儲藏和保存設備，因其操作簡單、容量大、有監控報警系統和獨立的溫度控制系統等優點，從而被廣泛應用于血站、醫院、疾控、科研院所等單位。超低溫冰箱如此重要，一旦發生故障，就會造成很大的損失。因此，對其故障進行詳細徹底的分析并做好預防性維護和保養就顯得尤為重要。本文綜合分析了多種典型故障以及引起這些故障的可能原因及相應的解決辦法，希望可以為同行在維修此類設備時提供一定的借鑒和幫助。

1 超低溫冰箱工作原理

超低溫冰箱通常采用復疊式制冷方式，在超低溫冰箱中一般有2個全封閉式的壓縮機作為高溫和低溫壓縮機使用。電源接通后，如果我們設定的溫度低于超低溫冰箱面板顯示的溫度時，一級壓縮機啟動，一級制冷系統開始工作。當熱交換器內溫度降至整體制冷溫度的1/2到1/3左右時，二級壓縮機啟動，二級制冷系統開始工作，超低溫冰箱內部溫度降低。二級制冷系統的冷凝器釋放出的熱量全部由一級制冷系統的蒸發器吸收，一級冷凝器排出的熱量則散入空氣中。當冰箱內部的溫度下降到設定溫度時，感溫探頭電阻把信息傳出，控制繼電器失電斷開，兩級制冷系統全部都停止工作。當溫度升高后重復以上過程，使超低溫冰箱內的溫度始終保持在我們所設定的溫度附近。

2 超低溫冰箱的典型故障

對超低溫冰箱的故障進行統計分析，發現最容易出現故障的是它的制冷系統。在實際的維修過程中，并在前輩的指導下，總結出了一套“觀察、觸摸、測試”的維修方法，具體方法原理如下：為保障超低溫冰箱的正常運行，在其制冷系統中會充入制冷劑和低溫壓縮潤滑油，所以如果出現泄漏，肯定是兩者同時泄漏。制冷劑是揮發性物質，很容易揮發掉，而潤滑油會在泄漏的地方留下痕跡。我們可以根據潤滑油泄漏的痕跡查找到故障點，即所謂的“觀察”。超低溫冰箱正常工作時，壓縮機要不斷做功。所以，只要是正常工作的壓縮機，總會有一定的溫度，一般正常狀態下，壓縮機外殼溫度在70℃左右，也就是我們用手直接觸摸其外殼的時候會感覺到有一定的溫度，這個溫度既不會過燙，也不會感覺過低，即所謂的“觸摸”。“測試”是用鉗形電流表無損測量壓縮機工作時通過的電流，再將測量到的結果和額定電流進行對比，以此確定壓縮機的工作狀態。

2.1 超低溫冰箱能正常工作，但是噪聲特別大

出現這種情況，可能是冰箱的擺放不平穩、有物件接觸到冰箱背部又或者是因為壓縮機的減震效果差等原因。因為超低溫冰箱在工作的過程中會產生振動，如果超低溫冰箱沒有擺放平穩或者減震效果差等，都會引起噪聲過大。此外，如果有物件接觸到冰箱的背部，也會導致噪聲過大。如果是因為超低溫冰箱沒有擺放平穩所造成的，那么可以借助平衡儀進行平衡度的矯正，通過調節腳的高度使其變得平穩來解決噪聲大的這個問題。如果是背部有物件，那么移走物件即可。經檢查發現，超低溫冰箱由于年代久遠，使用時間過長，其壓縮機的減震墊老化。隨即更換壓縮機的減震墊，故障排除。

2.2 超低溫冰箱溫度降到-45℃左右就不再降溫

首先，通過觀察，沒有發現明顯的油跡，所以排除制冷劑泄漏的可能。其次，用手分別觸摸兩級壓縮機，一級壓縮機手感正常，而二級壓縮機手感發燙，溫度偏高。再次，用鉗形電流表檢測二級壓縮機電流，檢測結果其電流遠遠超過額定電流；然后，用壓力表分別檢測二級制冷系統高、低壓端壓力，發現高壓端壓力遠遠超過額定值，低壓端壓力接近真空，從而判斷制冷系統的管路出現了堵塞。為避免故障進一步擴大，此時要立刻關機。然后，把油分離器拆開，發現冷凍油偏少，從而判斷為油分離器損壞，冷凍油不能徹底分離堵塞系統。用0.8～1.5MP氮氣徹底吹洗管路，吹干凈制冷管路中的冷凍油；更換干燥過濾器、油分離器，并把管路焊接好，再加入1.3～1.5MP的高壓氮氣加壓檢漏；把壓縮機的低壓工藝管與真空泵吸氣口連接起來，采用二次真空法對系統抽真空，并按照銘牌上制冷劑的種類和填充數量給二級壓縮機填充制冷劑。做完這一切后開機試運行，設備運轉正常，故障排除。

2.3 超低溫冰箱溫度降到-78℃左右就不再降溫

一般來說，超低溫冰箱可以達到-85℃左右的制冷溫度，而此臺冰箱的最低溫度只能達到-78℃左右。在此，我們同樣使用“觀察、觸摸、測試”的方法來排除故障。首先，通過觀察，沒有發現油跡，從而排出制冷劑泄露的可能；其次，用手分別觸摸一、二級壓縮機，發現其溫升都是正常的；再次，用鉗形電流表測量，發現第二級壓縮機電流略低于額定電流，第二級壓縮機的做功稍差。用手觸摸冷凝器的出、入口銅管，發現溫差不明顯。從而判斷可能是第二級冷凝器的散熱效率不高所導致。進一步仔細檢查，發現冷凝器上落滿灰塵。由于超低溫冰箱是24h不間斷工作的，其冷凝器前方雖有過濾網，但是排熱風扇不斷地吸入空氣，還是會有灰塵被吸入并附著在冷凝片上，從而導致散熱效率低下。徹底清潔冷凝器后，冰箱正常工作，故障排除。

2.4 超低溫冰箱溫度降到-40℃左右就不再降溫

首先，通過觀察，沒有發現油跡，從而判斷無制冷劑泄漏。再用手分別觸摸一、二級壓縮機，發現一級壓縮機溫升正常，而二級壓縮機比較燙手，已進入熱保護狀態。進一步檢查，發現冷凝器的溫度偏高，冷卻風扇被燒毀無法排出熱量。一機壓縮機制冷是為二級壓縮機排出熱量的，超低溫冰箱底部的冷凝器一般是用風扇強制風冷。當風扇被燒毀時，冷凝器無法降溫也就無法完成冷熱循環。更換冷卻風扇，冰箱正常工作，故障排除。

2.5 超低溫冰箱溫度降到-30℃左右就不再降溫

首先，通過觀察，沒有發現油跡，說明無制冷劑泄漏。再次用手分別觸摸一、二級壓縮機，發現一級壓縮機溫升正常，二級壓縮機感覺不到溫度，基本無溫升，冷凝器風扇工作狀態正常。再用鉗形電流表測量二級壓縮機的電流，發現二級壓縮機無電流通過。進一步檢查，發現二級壓縮機供電繼電器沒有工作。該超低溫冰箱為兩級制冷系統都設置了電子控溫系統，當一級壓縮機溫度降至-30℃左右時，二級壓縮機才開始啟動，由此可以判斷是二級壓縮機的電子傳感器出了問題。更換二級壓縮機的電子傳感器，超低溫冰箱正常工作，故障排除。

3 預防性維護

要想使超低溫冰箱長期處于良好的使用狀態，降低故障發生率，提高使用壽命，做好日常的維護和保養是必不可少的一個重要措施。為了保證超低溫冰箱的正常運行，防止設備損壞，建議注意以下幾點。

（1）保證良好的環境溫度。超低溫冰箱工作環境溫度一定要在30℃以下，周圍通風良好。通風不暢或溫度過高都容易使設備過載運行而損壞。必要的時候，超低溫冰箱所在的房間，要安裝功率大一點的空調來保證良好的溫度環境。

（2）定期檢查冰箱門封。如果門封膠條老化，門封不嚴，制冷效果會嚴重下降，從而使壓縮機長期超負荷運轉造成損壞。對于門封膠條老化的，要及時更換新的，確保冰箱門能關嚴實。另外，門板、門封條及各層的內門除冰要及時。

（3）定期清理散熱過濾網，一般兩個月一次。如果長期不清理過濾網，容易使灰塵堵塞網孔，散熱不良，導致散熱電機損壞，進而損壞壓縮機。清理方法要嚴格按照使用說明書來操作。

（4）按月清潔超低溫冰箱，保證清潔度。用干布清除冰箱內外和配件上的灰塵，如果冰箱太臟，要先用中性清潔劑清洗，再用純凈水徹底沖洗。但要務必注意不要在冰箱內部和上部直接沖水，這樣做會使絕緣材料損壞并導致故障。壓縮機和其他機械部分不需要使用潤滑油。清潔壓縮機的電扇務必小心。清潔完畢后，進行安全檢查，做到“三確保”：確保冰箱插頭插好，沒有虛接；確保插頭沒有異常熱度；確保冰箱的分配電線和電源電線沒有刻痕和破裂。

4 結語

超低溫冰箱的常見故障主要出現在制冷系統，在實際工作中，使用“觀察、觸摸、測試”的方法可以起到事半功倍的效果，另外，要做好超低溫冰箱的預防性維護，降低故障的發生率。以上的總結希望可以對工程師在維修這類設備時提供一定的借鑒和幫助。