超低溫冰箱通常儲存關鍵的、有時是不可替代的臨床或研究樣品。 確保此類設備的持續可靠性是當務之急，並且可能是實驗室經常面臨的挑戰。 不幸的是，冷凍機預熱和壓縮機故障並不少見。 除了丟失樣品的風險外，超低溫冷凍機可靠性問題對資源消耗的影響也很重要，包括冷凍機停機時間、實驗室工作人員的生產力損失以及設施的直接費用。
本文評估了兩種超低冷凍機故障模式的財務影響，包括壓縮機故障和由於石油測井導致的冷凍機預熱。 它還為選擇有助於降低這些風險的可靠超低溫冷凍機設計提供了考慮因素。
壓縮機故障：直接財務影響
當超低溫冰箱無法正常保持溫度時，如果內部設施/工程人員無法解決問題，設施的第一步可能是聯繫服務提供商並安排故障排除電話。 服務技術人員的初次診斷訪問通常需要 3 到 5 個小時。 根據設施所在的地區，服務公司通常每小時收費 80 到 125 美元，儘管最常見的是這個範圍的高端費率。 大多數服務公司的服務電話最低收費為 300 美元，這意味著當需要服務提供商評估設備時，故障排除階段的費用可能為 300 至 625 美元，加上差旅費。 1
在故障排除呼叫期間，如果確定壓縮機發生故障並且必須更換，則將安排維修和更換活動。 通常，客戶需要支付 8 小時的維修和更換費用，費用從 640 美元到 1,000 美元不等。 有時在工廠現場進行維修和更換；但是，最佳做法是將該單位帶到服務公司。 如果將該單元轉移到服務公司，則向用戶收取單程 200 美元的費用，從而產生 400 美元的額外費用。 此外，壓縮機本身的成本可以從高級 850 美元到低級單元 1250 美元不等。 在更換壓縮機和進行任何其他必要的維修後，設備會在工廠通電，並有時間讓溫度下降到設定點。 此時，技術人員必須返回設施進行校準，通常需要 3 小時，從而產生 240 至 375 美元的額外費用。
雜項費用也將適用。 例如，典型的疏散費用為 85 美元，製冷劑的額外費用通常超過 100 美元。
下表總結了必須更換超低溫冷凍壓縮機時的小時費率範圍、流程每個步驟的長度以及對設施的直接財務影響：
更換超低溫冰箱壓縮機：直接財務影響
| 服務活動或部件故障排除 | 計費時間：3-5 | 低端成本：300 美元2 | 典型成本：625 美元 |
|---|---|---|---|
| 往返服務公司的交通 | 不適用 | 不適用 | $400.00 |
| 壓縮機 | 不適用 | 850 美元 | 1,250 美元 |
| 維修和更換活動 | 8 | 640 美元 | 1,000 美元 |
| 校準 | 3 | 240 美元 | 375 美元 |
| 疏散 | 不適用 | 85 美元 | 85 美元 |
| 製冷劑 | 不適用 | 100 美元 | 100 美元 |
| 全部的 | $ 2,215 | $ 3,835 |
低端時薪：$80 |典型時薪：125 美元
在成本最低的情況下，更換一台超低製冷壓縮機的直接總成本超過 2,000 美元；然而，更典型的情況是，支出可能超過 3,500 美元。 費用可能會更高，具體取決於服務技術人員的能力水平和收取的額外費用。
除了更換超低壓縮機的直接財務影響外，還有間接影響，包括冷凍機停機時間以及必須使用備用或借用冷凍機。 如果樣品暴露在不利的溫度下，樣品可能會丟失。 即使樣品沒有丟失，當它們被轉移到另一個冷凍機時，也有暴露它們的風險。 此外，還有實驗室人員的時間損失和分心，這可能會消耗設施資源。
冷凍機預熱：“石油測井”的風險和影響
應該注意的是，由被稱為“石油記錄”的現象引起的冷凍機預熱也可能導致設施因服務電話而產生大量費用。 將製冷劑通過銅盤管移動的壓縮機需要油才能正常工作。 但是，在超冷環境中閒置的油會形成堵塞物，從而阻止製冷劑通過系統（也稱為“油記錄”）。 這些堵塞物會產生預熱，因為製冷劑無法通過系統進行冷卻。 預熱會導致服務呼叫，在此期間技術人員關閉設備，冷凍油解凍。 當設備重新啟動時，它似乎工作正常，直到油再次結塊並結冰，整個循環不斷重複。 許多昂貴的服務電話可歸因於油品管理不善。
超低溫冷凍機設計注意事項：降低壓縮機故障和油記錄的風險
開發可靠的超低溫冰箱最重要的概念之一是設計一個優化的製冷系統來保護壓縮機。 這有助於降低壓縮機故障的風險，通過限制在冰箱的使用壽命內更換壓縮機的需要，從而對總擁有成本產生積極影響。 用於超低溫冰箱的優化製冷系統還應提供最大的熱交換和有效的油品管理，以防止油污。 這減少了壓縮機的壓力並提高了冷凍機的可靠性。
i. 系列® Helmer Scientific 的超低溫冰箱系列是在考慮這些原則的情況下開發的。 製冷系統設計用於最大程度的熱交換，通過減少壓力來保護壓縮機。 通過以下方式實現最大熱交換：
- 分體式蒸發器，從上到下均勻冷卻機櫃。 這支持整個機櫃的溫度均勻性和更快的恢復時間。
- 精確放置的手工纏繞線圈，最大限度地增加表面積接觸。 這改善了熱傳遞，提高了整體效率並減少了壓縮機的運行時間。
- 利用大型、堅固的冷凝器，提供更大的冷卻表面積，提高低級性能以適應苛刻的應用。
此外，Helmer Scientific 的超低溫冷凍機旨在解決油管理問題，該問題會導致冷凍機預熱並可能導致壓縮機故障。 為了實現這一設計目標，冷凍機利用：
- 一種專門設計的高效油分離器，可去除製冷管路中幾乎所有的油。
- 一種經過優化的混合製冷劑，可確保在極低溫度下具有適當的流量。
- 線圈的精確放置可避免彎曲並保持向下的角度，確保製冷劑繼續移動。
結論
防止壓縮機故障和預熱可以幫助實驗室通過限制昂貴的服務電話來降低超低溫冰箱的總擁有成本。 超低溫冰箱的設計對於最大限度地降低此類事件發生的風險非常重要。 保護壓縮機並消除稱為“油井”現象的冷凍機設計有助於降低因服務事件而造成直接財務影響的風險，並有助於避免其他後果，例如停機、樣品受損和消耗實驗室工作人員的時間。 還應該注意的是，大約 15% 的故障呼叫可以通過定期預防性維護來避免。
參考：
1. 估算基於從 Helmer Scientific 技術服務部收集的信息。
2. 大多數服務公司的服務電話最低收費為 300.00 美元。