本發(fā)明涉及一種冷凍保存裝置及方法，具體涉及的是一種便攜式種子冷凍保存裝置及方法。

背景技術(shù)：

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的物資就是種質(zhì)資源，在正常條件下，種子一般是通過(guò)連年生產(chǎn)制種留種來(lái)保存的，但保存時(shí)間較長(zhǎng)的種子，其活力與出芽率都會(huì)大幅降低，甚至不萌發(fā)。采用低溫冷藏技術(shù)可使得保存時(shí)間較長(zhǎng)，也可讓種子保持活力。常規(guī)壓縮式制冷產(chǎn)生的低溫空氣雖然可讓種子休眠，但是由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)小，使得種子低溫預(yù)處理過(guò)程需要的時(shí)間非常長(zhǎng)，需要3到5個(gè)小時(shí)，由于溫度變化非常緩慢，冰結(jié)晶首先在種子細(xì)胞間產(chǎn)生，然后細(xì)胞內(nèi)又產(chǎn)生了冰結(jié)晶，這樣就導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外壓力不均衡，從而破壞了原生質(zhì)和細(xì)胞膜，可能導(dǎo)致細(xì)胞裂解、死亡。另外，壓縮制冷設(shè)備體積較大，設(shè)備昂貴，不利于在普通農(nóng)戶中進(jìn)行普及使用。

受細(xì)胞低溫冰結(jié)晶理論的啟發(fā)，結(jié)合創(chuàng)新的凍結(jié)曲線，本發(fā)明利用具有特定成分的活力液對(duì)種子進(jìn)行冷凍保存前的預(yù)處理，大大縮短預(yù)處理時(shí)間，調(diào)節(jié)原生質(zhì)體的過(guò)冷狀態(tài)，盡量避免種子內(nèi)部形成冰晶，進(jìn)而防止谷物種子細(xì)胞在冷凍過(guò)程中的損傷。另外，本發(fā)明還提出采用溫差制冷片梯級(jí)制冷方式，達(dá)到縮小裝置體積、減少投資等目的，實(shí)現(xiàn)種子冷凍保存裝置的便攜化，便于在普通農(nóng)戶中普及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種防止谷物種子細(xì)胞在冷凍過(guò)程中的損傷、便于在普通農(nóng)戶中普及應(yīng)用的便攜式種子冷凍保存裝置及方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種便攜式種子冷凍保存裝置，包括外箱，其特征在于：在所述外箱內(nèi)設(shè)置有溫度調(diào)控器以及熱擴(kuò)展層，所述溫度調(diào)控器為可變導(dǎo)相變腔體容器，在可變導(dǎo)相變腔體容器的空腔上部有一存有不凝氣體的貯氣室，在可變導(dǎo)相變腔體容器的空腔下部有一存有工作液體的儲(chǔ)液室，在所述儲(chǔ)液室的內(nèi)壁貼有一層充有工作液體的吸液芯；所述熱擴(kuò)展層為相變腔體容器，在相變腔體容器的空腔內(nèi)也存有工作液體，在相變腔體容器的空腔壁也貼有一層充有工作液體的吸液芯；在所述溫度調(diào)控器和熱擴(kuò)展層之間設(shè)置有第一級(jí)溫差制冷片，第一級(jí)溫差制冷片的冷端與所述溫度調(diào)控器的外壁接觸，第一級(jí)溫差制冷片的熱端與所述熱擴(kuò)展層的內(nèi)壁接觸，在所述熱擴(kuò)展層上設(shè)置有第二級(jí)溫差制冷片，第二級(jí)溫差制冷片的冷端與所述熱擴(kuò)展層的外壁接觸，在第二級(jí)溫差制冷片的熱端設(shè)置肋片，在所述外箱內(nèi)還設(shè)置有風(fēng)扇以及供電模塊，所述風(fēng)扇正對(duì)所述肋片，所述供電模塊與所述第一級(jí)溫差制冷片和第二級(jí)溫差制冷片連接。

所述肋片包括基板以及肋翅，所述肋翅呈“米”字形分布于基板上；每條所述肋翅由中點(diǎn)呈30°角向兩側(cè)延展。

所述供電模塊包括鋰電池及與其輸出端相連的控制充、放電參數(shù)的充、放電控制模塊。

所述外箱包括底板和位于所述底板上的上箱，所述供電模塊設(shè)置在所述底板上，所述溫度調(diào)控器以及熱擴(kuò)展層位于所述上箱內(nèi)。

在所述上箱上還設(shè)置有一絕熱蓋板，該絕熱蓋板位于所述第一低壓空腔容器的上端開(kāi)口處。

一種采用種子冷凍保存裝置冷凍保存種子的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一、配置用于預(yù)處理的活力液；

步驟二、將配置好的活力液放置到溫度調(diào)控器內(nèi)，利用溫差制冷片進(jìn)行梯級(jí)制冷，將所述活力液溫度維持在-60 ~ -30℃；

步驟三、進(jìn)行溫度調(diào)控，將所述活力液維持在該溫度水平；

步驟四、將種子用絲網(wǎng)包裹并將之浸入所述活力液，種子浸入所述活力液進(jìn)行預(yù)處理的時(shí)間為2~12分鐘；

步驟五、排空所述活力液，對(duì)種子進(jìn)行空冷。

所述活力液成分為：植物抗凍糖蛋白0.1%~0.5%，10~15%的氯化鈉，15~30%的乙醇，1~3%的甲殼素以及余量的水。

所述活力液的優(yōu)選成分為：植物抗凍糖蛋白0.3%，12.5%的氯化鈉，22.5%的乙醇，2%的甲殼素以及82.7%的水。

所述梯級(jí)制冷是由內(nèi)、外兩層的第一級(jí)溫差制冷片、第二級(jí)溫差制冷片及其中間的熱擴(kuò)展層進(jìn)行制冷，外層溫差制冷片的冷端通過(guò)所述熱擴(kuò)展層對(duì)內(nèi)層所述溫差制冷片的熱端進(jìn)行冷卻，使內(nèi)層所述溫差制冷片的冷端達(dá)到更低的溫度。

在溫度調(diào)控器內(nèi)設(shè)置有絲網(wǎng)，絲網(wǎng)孔徑不大于1mm以防止種子漏出。

絕熱蓋板由絕熱材料板和便于移動(dòng)的把手組成，可大幅度降低活力液與外界散熱，縮短處理時(shí)間，提高效率，減少功耗。

溫度調(diào)控器為一可變導(dǎo)相變腔體容器，在其空腔上部有一存有不凝氣體的貯氣室，空腔內(nèi)壁緊貼一層吸液芯，空腔下部有適量工作液體。吸液芯充有工作液體。當(dāng)活力液溫度升高時(shí)，工作液體在熱作用下發(fā)生蒸發(fā)相變，空腔中氣體壓力增大，不凝氣體體積減小，溫差制冷片有效工作面積增大，單位時(shí)間內(nèi)活力液對(duì)外傳熱量增加，溫度降低，進(jìn)而達(dá)到控制溫度的目的。活力液正常高度應(yīng)為溫度調(diào)控器深度的1/3以保障溫度調(diào)控器穩(wěn)定工作。

熱擴(kuò)展層為一常規(guī)相變腔體容器，在其空腔內(nèi)壁緊貼一層吸液芯，空腔下部有適量工作液體。吸液芯充滿所述工作液體。當(dāng)?shù)谝患?jí)溫差制冷片因所述溫度調(diào)控器內(nèi)不凝氣體膨脹導(dǎo)致有效工作面積減少、制冷出力減少時(shí)，第二級(jí)溫差制冷片可通過(guò)熱擴(kuò)展層內(nèi)發(fā)生的蒸發(fā)-冷凝相變換熱作用冷卻第一級(jí)溫差制冷片的熱端。熱擴(kuò)展層設(shè)計(jì)大大提升了第二級(jí)溫差制冷片的冷卻面積，并且蒸發(fā)-冷凝相變換熱性能非常優(yōu)越，有利于提升溫差制冷性能。所述熱擴(kuò)展層上方有一圈包覆有絕熱保溫材料的固定環(huán)，便于所述熱擴(kuò)展層與所述外箱的固定。

外箱裝有風(fēng)扇與供電模塊，有利于供電模塊的散熱，保證供電安全。風(fēng)扇正吹肋片以加強(qiáng)溫差制冷片的散熱，提高工作效率，減少能耗。供電模塊包括鋰電池及與其輸出端相連的控制充、放電參數(shù)的充、放電控制模塊。所述外箱為金屬殼體，內(nèi)、外壁設(shè)有若干孔，方便所述風(fēng)扇散熱與所述溫差制冷片的供電；上部設(shè)有攻絲孔，方便所述熱擴(kuò)展層的固定。

溫度開(kāi)關(guān)位于溫度調(diào)控器內(nèi)部，高于-30℃時(shí)接通；指示燈串聯(lián)在其支路中。檔位開(kāi)關(guān)位于預(yù)處理檔時(shí)，溫差制冷片全部工作；位于后處理檔時(shí)，溫差制冷片部分工作，由溫度開(kāi)關(guān)控制其余部分的通斷。指示燈便于用戶了解裝置工作狀態(tài)：發(fā)光，則溫度調(diào)控器內(nèi)盛放的冷卻介質(zhì)高于設(shè)定溫度，不可進(jìn)行操作；熄滅，則裝置達(dá)到工作狀態(tài)，可進(jìn)行操作。

有益效果

本發(fā)明涉及一種種子冷凍保存裝置及方法。本發(fā)明利用-60~-30℃仍能保持液體狀態(tài)的活力液對(duì)種子進(jìn)行冷凍保存前的預(yù)處理，能在較短時(shí)間內(nèi)快速冷凍避免種子內(nèi)部形成冰晶而使得種子細(xì)胞損傷，進(jìn)而增強(qiáng)種子活力；利用溫差制冷片梯級(jí)制冷達(dá)到縮小裝置體積、減少投資等目的，實(shí)現(xiàn)種子冷凍保存裝置的便攜化，便于在普通農(nóng)戶中普及應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1 種子冷凍保存裝置軸測(cè)圖；

圖2種子冷凍保存裝置爆炸圖；

圖3溫度調(diào)控器剖面示意圖；

圖4為圖3的A部放大示意圖；

圖5熱擴(kuò)展層剖面示意圖；

圖6為圖5的B部放大示意圖；

圖7 種子冷凍保存裝置電路圖；

圖8星形肋片軸測(cè)圖；

圖9熱擴(kuò)展層側(cè)壁腔室氣液相流動(dòng)示意圖。

圖中，1. 絕熱蓋板；2. 溫度調(diào)控器；3. 溫差制冷片；4. 熱擴(kuò)展層；5.肋片；6.上箱；7. 風(fēng)扇；8.供電模塊；9.底板；10. 外箱的散熱孔；11.貯氣室；12. 溫度調(diào)控器內(nèi)的吸液芯；13. 熱擴(kuò)展層內(nèi)的吸液芯；14. 固定環(huán)；15. 絕熱保溫層。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說(shuō)明：

本發(fā)明提出的一種便攜式種子冷凍保存裝置，整體如圖1所示，爆炸圖如圖2所示，包括活力液，絲網(wǎng)，絕熱蓋板1，溫度調(diào)控器2，溫差制冷片3，熱擴(kuò)展層4，星形肋片5，裝有供電模塊8與風(fēng)扇7的外箱，檔位開(kāi)關(guān)，溫度開(kāi)關(guān)與指示燈。

絕熱蓋板由絕熱材料板和便于移動(dòng)的把手組成，覆蓋在溫度調(diào)控器的敞口上。

活力液的優(yōu)選成分為植物抗凍糖蛋白0.3%，12.5%的氯化鈉，22.5%的乙醇，2%的甲殼素以及82.7%的水。

絲網(wǎng)置于溫度調(diào)控器中，孔徑為小于1mm。

如圖3、圖4所示。溫度調(diào)控器為一可變導(dǎo)相變腔體容器，其空腔上部有一存有不凝氣體的貯氣室11，空腔內(nèi)壁緊貼一層吸液芯，空腔下部有適量工作液體。吸液芯充有工作液體。吸收活力液的熱量，空腔側(cè)壁吸液芯中的工作液體發(fā)生蒸發(fā)相變，產(chǎn)生氣體，遇到與第一級(jí)溫差制冷片冷端相貼的外壁后放熱凝結(jié)，冷凝液沿壁面流至空腔下部液體中。

如圖5、圖6所示。熱擴(kuò)展層為常規(guī)相變腔體容器，其空腔內(nèi)壁緊貼一層吸液芯，空腔下部有適量工作液體。吸液芯充有工作液體。

熱擴(kuò)展層側(cè)壁腔室內(nèi)氣液兩相流動(dòng)如圖9所示。吸收第一級(jí)溫差制冷片熱端的熱量，空腔側(cè)壁吸液芯中的工作液體發(fā)生蒸發(fā)相變，產(chǎn)生氣體，遇到與溫差制冷片冷端相貼的外壁后放熱凝結(jié)，冷凝液沿壁面流至空腔下部液體中。在毛細(xì)芯毛細(xì)力的作用下，吸液芯下方的液體上升并發(fā)生蒸發(fā)，進(jìn)而源源不斷地實(shí)現(xiàn)循環(huán)熱量傳遞。

溫差制冷片通過(guò)供電模塊對(duì)其充電進(jìn)行梯級(jí)制冷。內(nèi)層溫差制冷片的冷、熱兩端面分別與溫度調(diào)控器的外壁、熱擴(kuò)展層的內(nèi)壁相貼。外層溫差制冷片的冷端緊貼熱擴(kuò)展層的外壁，熱端貼有肋片。

肋片如圖8所示：肋翅呈“米”字形分布于基板上；每條肋翅由中點(diǎn)呈30°角向兩側(cè)延展。

外箱分為上箱6與底板9兩部分。上箱的上部設(shè)置攻絲孔，內(nèi)、外壁均布置若干孔道，內(nèi)、外壁間布置正吹肋片的風(fēng)扇。在底板上布置供電模塊。上箱與底板采用金屬材料，如鋁合金、退火鋼等。

供電模塊包括一鋰電池和一充、放電控制模塊。鋰電池通過(guò)充、放電控制模塊進(jìn)行充電和對(duì)溫差制冷片供電。

溫度開(kāi)關(guān)位于溫度調(diào)控器內(nèi)部，高于-30℃時(shí)接通；指示燈串聯(lián)在其支路中。檔位開(kāi)關(guān)位于預(yù)處理檔時(shí)，溫差制冷片全部工作；位于后處理檔時(shí)，溫差制冷片部分工作，由溫度開(kāi)關(guān)控制剩余溫差制冷片的通斷。