ตู้แช่แข็งยูแอลที

ตู้แช่แข็งอุณหภูมิต่ำ -80 องศาเซลเซียสแบบแนวตั้งมาตรฐาน

ตู้แช่แข็งยูแอลที (อังกฤษ: ultra low temperature (ULT) freezer) เป็นตู้เย็นที่สามารถเก็บของได้ในอุณหภูมิระหว่าง -40 ถึง -86 องศาเซลเซียส^[1] ตู้อาจเรียกด้วยว่า ตู้แช่แข็ง -80 หรือ ตู้แช่แข็งอุณหภูมิต่ำ -80 เป็นการระบุอุณหภูมิที่ใช้กันมากที่สุด^[2] ตู้มีทั้งแบบแนวตั้งและแนวนอน

การใช้

นักวิทยาศาสตร์กำลังใส่ตัวอย่างในตู้แช่แข็งยูแอลที

ห้องปฏิบัติการอณูชีววิทยาและวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิตอาจต้องเก็บตัวอย่างสิ่งมีชีวิตไว้ในที่เก็บซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมากในระยะยาว (รวมทั้งการใช้ระบบโซ่เย็นในระดับต่าง ๆ) ตัวอย่างที่เก็บรวมทั้งดีเอ็นเอ อาร์เอ็นเอ โปรตีน วัสดุที่สกัดจากเซลล์ หรือสารรีเอเจนต์ เพื่อลดความเสี่ยงต่อตัวอย่าง จึงต้องเก็บไว้ในอุณหภูมิที่ต่ำมากระหว่าง -80 จนถึง -86 องศาเซลเซียส นี้เทียบกับการเก็บตัวอย่างระยะสั้น ๆ ในตู้เย็นหรือตู้แช่แข็งธรรมดาที่มีอุณหภูมิระหว่าง 4 จนถึง -20 องศาเซลเซียส^{[3][ไม่อยู่ในแหล่งอ้างอิง]}

ตัวอย่างทางชีวภาพในตู้แช่แข็งยูแอลทีมักเก็บในหลอดพอลิเมอร์ โดยปกติใส่ลงในกล่องที่ทำจากกระดาษแข็ง พลาสติกพอลิเมอร์ หรือวัสดุอื่น ๆ อีก หลอดไมโครทิวบ์ (หลอดทดลองขนาดเล็ก ๆ) จะใส่ในกล่องที่แบ่งเป็นช่อง ๆ ดังนั้น แต่ละกล่องจึงใส่หลอดได้ถึง 64, 81 หรือ 100 หลอด ตู้แช่แข็งยูแอลทีขนาดปกติจะใส่กล่องเช่นนี้ได้ 350-450 กล่อง^[4]

รูปแสดงกล่องที่มักใช้เก็บตัวอย่างแล้วใส่ในตู้แช่แข็งในห้องปฏิบัติการ

นอกจากการใช้ทางวิทยาศาสตร์แล้ว อุตสาหกรรมประมงบางส่วน (เช่น ที่จับปลาทูน่า) ก็ต้องใช้ตู้แช่แข็งเช่นนี้ด้วย

ตู้แช่แข็งมักติดระบบสัญญาณเตือนเพื่อแจ้งเหตุการณ์ความล้มเหลวในการรักษาความเย็นแก่บุคลากร

ช่วงเวลาทำให้เย็น (pull down time)

ช่วงเวลาทำให้เย็นหมายถึงระยะเวลาที่ตู้เย็นใช้ในการลดอุณหภูมิจากอุณหภูมิห้องจนถึงอุณหภูมิตามที่ต้องการคือระหว่าง -80 ถึง -86 องศาเซลเซียส ระยะเวลาจะขึ้นอยู่กับฉนวนความร้อนที่ใช้ ประสิทธิภาพของระบบคอมเพรสเซอร์ และชั้นโลหะที่ติดไว้ในตู้ ในต้นคริสต์ศตวรรษที่ 21 ตู้อาจย็นลงถึงอุณหภูมิที่ต้องการภายใน 3-5 ชม.

พลังงาน

เพราะอุณหภูมิต่ำมาก ตู้แช่เแข็งชนิดนี้จึงเปลืองไฟฟ้ามาก^[5] จึงมีค่าใช้จ่ายสูง ยกตัวอย่างเช่น ในปี 2010 มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดมีตู้แช่แข็งแบบนี้กว่าสองพันเครื่อง ซึ่งกินไฟกว่า 40,000 ล้านบีทียู โดยเสียค่าไฟถึง 5.6 ล้านดอลลาร์สหรัฐต่อปี (ประมาณ 177 ล้านบาท) ตู้แช่แข็งรุ่นใหม่ ๆ ปกติจะกินไฟน้อยกว่า^[6]

เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์บางส่วนเริ่มเสนอให้ตั้งอุณหภูมิที่ -70 องศาเซลเซียสแทนที่ -80 เพราะใช้ไฟน้อยกว่าและทำให้ใช้ได้ทนกว่า^[7][8]

ขึ้นอยู่กับขนาดตู้ การเปิดปิด และจำนวนตัวอย่างที่แช่แข็ง ตู้อาจกินไฟถึง 11 กิโลวัตต์ ช.ม./วัน หรือยิ่งกว่า ดังนั้น จึงควรใช้ฉนวนกันความร้อนที่ดีสุด การมีช่องที่มีประตูปิดเล็ก ๆ ชั้นในจะช่วยลดการเสียความเย็นเมื่อเปิดประตูใหญ่ การจับเกาะเป็นน้ำแข็งควรลดให้มีน้อยสุด ตู้แช่แข็งรุ่นใหม่ปกติจะใช้พัดลมและคอมเพรสเซอร์ที่ปรับความแรงได้ ซึ่งอาจลดพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ได้ถึงร้อยละ 30

วงจรการทำความเย็น

ตู้แช่แข็งที่ใช้ระบบการทำความเย็นเป็นลำดับโดยใช้สารทำความเย็นที่เหมาะกับอุณหภูมิต่าง ๆ กัน ซึ่งเรียกว่า ระบบ cascade refrigeration (CR) อาจกินไฟถึง 20 เท่าของตู้เย็นที่ใช้ในบ้าน สารทำความเย็นยังเป็นแก๊สเรือนกระจก โดยปกติเป็นไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนชนิด R-508B^[5] แต่ตู้แช่แข็งรุ่นใหม่ใช้แก๊สไฮโดรคาร์บอนแบบผสม โดยมักผสมอีเธน (ethane) กับโพรเพน ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพได้ถึงร้อยละ 30 เทียบกับตู้ที่ใช้คลอโรฟลูออโรคาร์บอนหรือไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนดั้งเดิม^{[ต้องการอ้างอิง]}

ผังแสดงกระบวนการทำความเย็นเป็นลำดับ (cascade refrigeration) แบบ 2 ชั้น

ดูเพิ่ม

• น้ำแข็งแห้ง

เชิงอรรถและอ้างอิง

1. Gumapas, Leo Angelo M.; Simons, Glenn (2013). "Factors affecting the performance, energy consumption, and carbon footprint for ultra low temperature freezers: Case study at the National Institutes of Health". World Review of Science, Technology and Sustainable Development. 10: 129. doi:10.1504/WRSTSD.2013.050786.
2. "Ultra-Low Temperature Freezer Program | Penn Sustainability". www.sustainability.upenn.edu. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2021-01-27. สืบค้นเมื่อ 2020-11-11.
3. McCullough, Jeffrey (2009-11-13). "Long-term Cryopreservation of Human and other Mammalian Cells at −80°C for 8 Years". Transfusion. 50 (4): 808–819. doi:10.1111/j.1537-2995.2009.02482.x. PMID 19912586. สืบค้นเมื่อ 2021-02-27.
4. "Cryogenic and Freezer Boxes". Fisher Scientific. สืบค้นเมื่อ 2021-02-27.
5. Berchowitz, David; Kwon, Yongrak (2012). "Environmental Profiles of Stirling-Cooled and Cascade-Cooled Ultra-Low Temperature Freezers". Sustainability. 4 (11): 2838–2851. doi:10.3390/su4112838.
6. Dickey, Gwyneth (2010-06-02). "Freezer Retirement Program: Out with the cold, in with the new". Stanford University (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2020-11-11.
7. "To find hacks for greening your lab, start with the freezer". Chemical & Engineering News (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2020-11-11.
8. "Cold Storage". Green Labs: MIT. สืบค้นเมื่อ 2020-11-11.