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日本 ASONE 亞速旺 CO? 培養(yǎng)箱的工作原理和產(chǎn)品特征

來源：玉崎科學(xué)儀器（深圳）有限公司   2025年07月28日 14:11  
日本 ASONE 亞速旺 CO? 培養(yǎng)箱（臺(tái)式 50 L 型號(hào) E-50 為代表）將“內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇”作為整個(gè)溫場(chǎng)、CO? 場(chǎng)和濕度場(chǎng)的核心攪動(dòng)單元。下文圍繞該風(fēng)扇的“工作原理—結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—控制策略—性能指標(biāo)—維護(hù)與故障”五個(gè)維度展開 1 500 字以上的技術(shù)解析，并結(jié)合 ASONE 公開數(shù)據(jù)與用戶現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)給出選型、安裝及驗(yàn)證建議。
────────────────一、工作原理：軸流式微循環(huán)攪動(dòng)模型
  1. 物理模型
    CO? 培養(yǎng)箱內(nèi)部是典型的封閉腔體（350 × 325 × 440 mm，約 50 L）。腔體內(nèi)同時(shí)存在三種密度梯度：
  • 溫度梯度：空氣夾套（Air-Jacket）加熱后產(chǎn)生 0.2～0.5 ℃ 的溫差；
  • CO? 濃度梯度：NDIR 傳感器區(qū)域與遠(yuǎn)端可形成 0.3 % CO? 差異；
  • 濕度梯度：自然蒸發(fā)水槽上方濕度 95 %RH，頂部可能低于 85 %RH。
    內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇通過軸流葉片把近壁面“高溫/高 CO?/高濕”氣體抽吸到中心，再沿徑向均勻吹出，實(shí)現(xiàn)三種梯度在 30 s 內(nèi) < ±0.1 ℃、±0.1 %CO?、±2 %RH 的均勻化
  1. 氣流路徑
  • 吸入口：背板開孔 φ60 mm，呈蜂窩狀降低噪音；
  • 整流段：風(fēng)扇前端 5 mm 厚 PP 蜂巢整流罩，把旋轉(zhuǎn)動(dòng)能變成軸向均勻流；
  • 送風(fēng)口：頂部 270° 環(huán)形狹縫，風(fēng)速 0.25～0.45 m/s（可自動(dòng)調(diào)速）
  • 回風(fēng)：經(jīng)擱板間隙及培養(yǎng)皿側(cè)壁回流，形成完整的微循環(huán)回路，避免傳統(tǒng)“頂部直吹”造成的培養(yǎng)液蒸發(fā)過快。
  1. 熱力學(xué)耦合
    風(fēng)扇電機(jī)為 24 VDC 無刷外轉(zhuǎn)子電機(jī)，功率 2.5 W，發(fā)熱量 < 0.8 W；電機(jī)定子與腔體之間采用 PEEK 隔熱套，減少額外熱負(fù)荷。PID 溫控邏輯把“風(fēng)扇轉(zhuǎn)速”作為擾動(dòng)變量之一，實(shí)時(shí)補(bǔ)償 0.05 ℃ 以內(nèi)的溫度波動(dòng)。
────────────────二、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：靜音、耐腐蝕、易拆卸
  1. 葉輪與殼體
  • 材質(zhì)：玻璃纖維增強(qiáng) PBT，符合 UL94-V0；
  • 動(dòng)平衡等級(jí) G2.5，額定 3 000 rpm 時(shí)整機(jī)噪音 < 35 dB(A)；
  • 表面處理：二次注塑包膠，耐 75 % 乙醇擦拭 1 000 次以上無龜裂。
  1. 電機(jī)與軸承
  • 無刷 DC 外轉(zhuǎn)子電機(jī)，壽命 L10 ≥ 30 000 h（40 ℃ 連續(xù)）；
  • 免維護(hù)含油軸承，內(nèi)部填充氟素潤(rùn)滑脂，適用 5–60 ℃ 全范圍；
  • 電機(jī)驅(qū)動(dòng)板獨(dú)立封裝于鋁殼，IP54，可整體 121 ℃ 30 min 蒸汽滅菌（需拆下）。
  1. 快拆機(jī)構(gòu)
    風(fēng)扇組件通過“旋轉(zhuǎn)-卡扣”結(jié)構(gòu)固定在背板，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 30° 即可取出，15 s 完成日常清潔或更換，符合 GMP 快速維護(hù)要求。
────────────────三、控制策略：自動(dòng)調(diào)速與防蒸發(fā)算法
  1. 轉(zhuǎn)速閉環(huán)
  • PID 主回路：Pt100 檢測(cè)溫度偏差 → 計(jì)算加熱占空比；
  • 副回路：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速根據(jù)“溫度偏差 + 門開關(guān)信號(hào) + CO? 誤差”三元變量實(shí)時(shí)調(diào)整。
    當(dāng) |ΔT| < 0.1 ℃ 時(shí)，轉(zhuǎn)速降至 1 500 rpm 以下，避免培養(yǎng)皿液面蒸發(fā)；當(dāng)箱門打開 30 s，轉(zhuǎn)速升至 3 000 rpm 加速恢復(fù)溫場(chǎng)
  1. 軟啟動(dòng)與故障保護(hù)
  • PWM 軟啟動(dòng) 3 s，減少瞬時(shí)氣流沖擊；
  • 堵轉(zhuǎn)檢測(cè)：霍爾傳感器 2 s 無脈沖即停機(jī)報(bào)警（Err-FAN）；
  • 過溫保護(hù)：電機(jī)繞組 NTC > 75 ℃ 時(shí)自動(dòng)降速 50 %。
  1. 數(shù)據(jù)記錄
    通過前面板 USB-A 口可導(dǎo)出 CSV 文件，包含“時(shí)間-溫度-CO?-轉(zhuǎn)速”四條曲線，便于驗(yàn)證 IQ/OQ
────────────────四、性能指標(biāo)與驗(yàn)證方案
  1. 關(guān)鍵指標(biāo)（E-50 實(shí)測(cè)）
  • 溫度均勻性：37 ℃ 設(shè)定，9 點(diǎn)（3 × 3 × 3 網(wǎng)格）最大差值 0.3 ℃
  • CO? 均勻性：5 % 設(shè)定，紅外探頭 5 點(diǎn)誤差 < ±0.15 %；
  • 恢復(fù)時(shí)間：開門 30 s 后，溫度恢復(fù) 0.5 ℃ 范圍內(nèi) ≤ 6 min；CO? 恢復(fù) ≤ 5 min；
  • 蒸發(fā)量：20 mL 培養(yǎng)皿 48 h 失重 ≤ 1.2 %（風(fēng)速 0.25 m/s）。
  1. 驗(yàn)證方法
  • 溫度：采用 9 根 NIST 可追溯 Pt100 探針，Mapping 30 min；
  • 氣流：熱球式風(fēng)速儀 8 點(diǎn)，風(fēng)速 0.2–0.5 m/s 為合格區(qū)間；
  • 噪音：距箱體 1 m、離地 1.2 m 聲級(jí)計(jì)測(cè)試 ≤ 42 dB(A)。
────────────────五、安裝、維護(hù)與常見故障
  1. 安裝注意
  • 后側(cè)預(yù)留 ≥ 8 cm 散熱空間；
  • 電源：AC 100 V 50/60 Hz 需配 220 V→100 V 變壓器，接地良好；
  • 初次運(yùn)行：空載 37 ℃、5 %CO? 運(yùn)行 6 h，排除運(yùn)輸殘留異味。
  1. 日常維護(hù)
  • 每周停機(jī)后用 75 % 乙醇擦拭葉輪和整流罩；
  • 每月檢查蜂窩孔是否被棉絮堵塞；
  • 每半年測(cè)一次電機(jī)軸承噪音，> 45 dB(A) 時(shí)建議更換。
  1. 故障速查
  • 報(bào)警代碼 Err-FAN：霍爾信號(hào)丟失 → 拆下風(fēng)扇，手動(dòng)撥葉確認(rèn)是否卡死；
  • 溫度均勻性突然變差：檢查蜂窩孔被碎玻片堵塞；
  • 轉(zhuǎn)速不能下降：檢查 PID 副回路參數(shù)是否被誤改，恢復(fù)出廠即可。
────────────────六、與競(jìng)品對(duì)比及選型建議
  1. 競(jìng)品差異
  • 傳統(tǒng)自然對(duì)流：溫度均勻性差（±1.5 ℃），恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)（>15 min）；
  • 其他品牌強(qiáng)制對(duì)流：風(fēng)速固定 0.8 m/s，細(xì)胞易脫水；
  • ASONE 方案：自動(dòng)調(diào)速 + 蜂窩整流，兼顧均勻性與防蒸發(fā)。
  1. 選型
  • 50 L 以下：E-50（內(nèi)置風(fēng)扇）滿足常規(guī)細(xì)胞培養(yǎng)；
  • 150 L 以上：BPN-150CH 等立式箱采用雙風(fēng)扇并聯(lián)，風(fēng)量翻倍，仍保持 < ±0.2 ℃
  • 特殊應(yīng)用：低氧/高氧培養(yǎng)可選配“氣體脈沖攪拌”版本，風(fēng)扇與 N?/O? 電磁閥聯(lián)動(dòng)，30 s 完成氣體置換。
────────────────結(jié)語
ASONE 亞速旺 CO? 培養(yǎng)箱的內(nèi)循環(huán)風(fēng)扇并非簡(jiǎn)單“吹風(fēng)”，而是融合了微型軸流空氣動(dòng)力學(xué)、24 V 無刷電機(jī)控制、PID 副回路補(bǔ)償、易拆洗生物安全結(jié)構(gòu)等多重技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了 50 L 臺(tái)式箱體在 37 ℃、5 %CO? 條件下溫度均勻性 ≤ 0.3 ℃、CO? 均勻性 ≤ 0.15 % 的優(yōu)異指標(biāo)，并通過 USB 數(shù)據(jù)記錄、可拆卸滅菌等設(shè)計(jì)滿足 GLP/GMP 驗(yàn)證需求。正確安裝、定期清潔與轉(zhuǎn)速監(jiān)控，可確保風(fēng)扇 30 000 h 免維護(hù)運(yùn)行，為細(xì)胞培養(yǎng)提供持續(xù)、穩(wěn)定、低蒸發(fā)的理想微環(huán)境。


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