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本。確保此類設備的持續可靠性是首要任務，也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罕見。除了流失樣品的風險之外，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，包括壓縮機故障和因油記錄導致的冷凍機預熱。它還提供了選擇可靠的超低溫冷凍機設計的注意事項，有助於降低這些風險。
壓縮機故障：直接財務影響
當超低溫冷凍機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絡服務提供者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 小時。根據設施所在的地區，服務公司通常收取每小時 80 至 125 美元的費用，但最常見的是該範圍的高端費率。大多數服務公司的服務呼叫最低費用為 300 美元，這意味著故障排除階段的費用可能為 300 至 625 美元，再加上服務提供者需要評估設備時的差旅費。 1
在故障排除呼叫期間，如果確定壓縮機發生故障且必須更換，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，維修和更換是在工廠現場進行的；但是，最佳做法是將設備帶到服務公司。如果將設備轉移給服務公司，使用者每次需支付 200 美元的費用，從而產生 400 美元的額外費用。此外，壓縮機本身的成本範圍從高級裝置的 850 美元到低級裝置的 1250 美元不等。更換壓縮機和任何其他必要的維修後，設備在設施中通電，並給定時間讓溫度降至設定值。此時，技術人員必須返回工廠進行校準，通常需要 3 小時，從而產生 240 至 375 美元的額外費用。
還將收取雜項費用。例如，典型的疏散費用為 85 美元，冷媒的額外費用通常超過 100 美元。
下表總結了必須更換超低冷凍壓縮機時的每小時費率範圍、流程每個步驟的長度以及對設施的直接財務影響：
超低冷凍壓縮機更換：直接財務影響
| 服務活動或零件故障排除 | 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 | 1,250 美元 |
| 維修和更換活動 | 8 | $640 | 1,000 美元 |
| 校準 | 3 | 240 美元 | $375 |
| 疏散 | 不適用 | 85 美元 | 85 美元 |
| 冷媒 | 不適用 | 100 美元 | 100 美元 |
| 全部的 | 2,215美元 | $ 3,835 |
低階每小時費率：80 美元 |標準每小時費率：125 美元
在最低成本情況下，更換超低冷凍機壓縮機的總直接成本超過 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所收取的額外費用。
除了更換超低壓縮機的直接財務影響外，還會產生間接影響，包括冷凍機停機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，則可能會遺失。即使樣品沒有遺失，當它們被轉移到替代冰箱時也存在暴露的風險。此外，實驗室人員還會浪費時間並分心，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
應該指出的是，由「油記錄」現象引起的冷凍機預熱也會導致設施產生大量的維修費用。壓縮機透過銅盤管輸送冷媒，需要油才能正常運作。然而，在超冷環境中閒置的油會形成阻塞，阻止冷媒流經系統（也稱為“油記錄”）。這些堵塞會產生升溫，因為冷媒無法透過系統進行冷卻。預熱會導致服務呼叫，在此期間技術人員關閉設備並使冷凍油解凍。當裝置重新啟動時，它似乎工作正常，直到油再次結塊並凍結，整個循環重複進行。許多昂貴的服務電話可歸因於油管理不善。
超低溫冷凍機設計注意事項：降低壓縮機故障和油錄井的風險
開發可靠的超低溫冰箱最重要的概念之一是設計保護壓縮機的最佳化製冷系統。這有助於降低壓縮機故障的風險，透過限製冷凍機使用壽命期間更換壓縮機的需要，從而對整體擁有成本產生積極影響。超低冷凍機的最佳化冷凍系統也應提供最大程度的熱交換和有效的油管理，以防止油錄。這減少了壓縮機的壓力並提高了冷凍機的可靠性。
Helmer Scientific 的 i.Series ®系列超低溫冷凍機在開發時就牢記了這些原則。冷卻系統旨在實現最大程度的熱交換，從而透過減少壓力來保護壓縮機。最大熱交換透過以下方式實現：
- 分離式蒸發器，由上至下均勻冷卻機櫃。這支援整個機櫃的溫度均勻性和更快的恢復時間。
- 精確放置的手動纏繞線圈可最大限度地提高表面積接觸。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。
- 採用大型、堅固的冷凝器，提供更大的冷卻表面積，提高要求苛刻的應用的低級性能。
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：
- 專門設計的高效油分離器，幾乎可以去除冷氣管路中的所有油。
- 經過最佳化的混合冷媒，可確保極低溫度下的適當流量。
- 精確放置線圈，避免彎曲並保持向下的角度，確保冷媒持續流動。
結論
防止壓縮機故障和預熱可以透過限制昂貴的服務電話來幫助實驗室降低超低溫冰箱的總擁有成本。超低溫冷凍機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。能夠保護壓縮機並消除「油記錄」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、樣品受損以及佔用實驗室工作人員的時間。還應該指出的是，大約 15% 的故障呼叫可以透過定期預防性維護來避免。
參考：
1. 估算是基於從 Helmer 科學技術服務部收集的資訊。
2. 大多數服務公司的服務呼叫最低費用為 300.00 美元。